Voilà la traduction d’un article pour
esprits imaginatifs voire délirants -
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‘’Physicists
confront the neutron lifetime puzzle’’
by Oak Ridge
National Laboratory ..
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Les physiciens affrontent le
casse-tête de la durée de vie des neutrons
par le laboratoire national d'Oak
Ridge
De gauche à droite, Matthew Frost et
Leah Broussard de l'ORNL ont utilisé un instrument de diffusion de neutrons à
la source de neutrons de spallation pour rechercher un jumeau de matière noire
au neutron. Crédit : Genevieve Martin/ORNL, U.S. Dept. of Energy
Pour résoudre une énigme de longue
date sur la durée de vie d'un neutron en dehors d'un noyau atomique, les
physiciens ont élaboré une théorie farfelue mais vérifiable postulant
l'existence d'une version droitière de notre univers gaucher. Ils ont conçu une
expérience hallucinante au laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de
l'Énergie pour tenter de détecter une particule qui a été spéculée mais non
repérée. S'il est trouvé, le "neutron miroir" théorisé - un jumeau de
matière noire au neutron - pourrait expliquer un écart entre les réponses de
deux types d'expériences sur la durée de vie des neutrons et fournir la
première observation de la matière noire.
"La matière noire reste l'une
des questions les plus importantes et les plus déroutantes de la science - des
preuves claires que nous ne comprenons pas toute la matière présente dans la nature", a déclaré Leah
Broussard de l'ORNL, qui a dirigé l'étude publiée dans Physical Review Letters.
Les neutrons et les protons
constituent le noyau d'un atome. Cependant, ils peuvent également exister en
dehors des noyaux. L'année dernière, en utilisant le Los Alamos Neutron Science
Center, le co-auteur Frank Gonzalez, maintenant à l'ORNL, a mené la mesure la
plus précise jamais réalisée de la durée de vie des neutrons libres avant de se
désintégrer ou de se transformer en protons, électrons et antineutrinos. La
réponse - 877,8 secondes, plus ou moins 0,3 seconde, soit un peu moins de 15
minutes - a laissé entrevoir une fissure dans le modèle standard de la physique
des particules. Ce modèle décrit le comportement des particules subatomiques,
telles que les trois quarks qui composent un neutron. Le basculement des quarks
initie la désintégration des neutrons en protons.
"La durée de vie des neutrons
est un paramètre important dans le modèle standard car elle est utilisée comme
entrée pour le calcul de la matrice de mélange des quarks, qui décrit les taux
de désintégration des quarks", a déclaré Gonzalez, qui a calculé les
probabilités d'oscillation des neutrons pour l'étude de l'ORNL. "Si les
quarks ne se mélangent pas comme prévu, cela laisse entrevoir une nouvelle
physique au-delà du modèle standard."
Pour mesurer la durée de vie d'un
neutron libre, les scientifiques adoptent deux approches qui devraient aboutir
à la même réponse. On piège les neutrons dans une bouteille magnétique et on compte leur disparition. L'autre compte les
protons apparaissant dans un faisceau lors de la désintégration des neutrons.
Il s'avère que les neutrons semblent vivre neuf secondes de plus dans un
faisceau que dans une bouteille.
Au fil des ans, des physiciens
perplexes ont examiné de nombreuses raisons expliquant cet écart. Une théorie
est que le neutron se transforme d'un état à un autre et inversement.
"L'oscillation est un phénomène de mécanique quantique", a déclaré
Broussard. "Si un neutron peut exister sous forme de neutron régulier ou
de neutron miroir, alors vous pouvez obtenir ce type d'oscillation, un
va-et-vient entre les deux états, tant que cette transition n'est pas
interdite."
L'équipe dirigée par l'ORNL a
effectué la première recherche de neutrons oscillant dans des neutrons miroirs
de matière noire en utilisant une nouvelle technique de disparition et de
régénération. Les neutrons ont été fabriqués à la Spallation Neutron Source,
une installation utilisateur du DOE Office of Science. Un faisceau de neutrons
a été guidé vers le réflectomètre de magnétisme de SNS. Michael Fitzsimmons, un
physicien titulaire d'une nomination conjointe à l'ORNL et à l'Université du
Tennessee à Knoxville, a utilisé l'instrument pour appliquer un champ
magnétique puissant afin d'améliorer les oscillations entre les états de
neutrons. Ensuite, le faisceau a heurté un "mur" en carbure de bore,
qui est un puissant absorbeur de neutrons.
Si le neutron oscille en fait entre
les états régulier et miroir, lorsque l'état du neutron frappe la paroi, il
interagira avec les noyaux atomiques et sera absorbé par la paroi. S'il est
dans son état théorisé de neutron miroir, cependant, c'est la matière noire qui
n'interagira pas.
Ainsi, seuls les neutrons miroirs
traverseraient le mur de l'autre côté. Ce serait comme si les neutrons avaient
traversé un "portail" vers un secteur sombre - un concept figuratif
utilisé dans la communauté des physiciens. Pourtant, la presse rapportant des
travaux antérieurs liés s'est amusée à prendre des libertés avec le concept,
comparant l'univers miroir théorisé que l'équipe de Broussard explore à la
réalité alternative "Upside Down" dans la série télévisée
"Stranger Things". Les expériences de l'équipe n'exploraient pas un
portail littéral vers un univers parallèle.
"La dynamique est la même de
l'autre côté du mur, où nous essayons d'induire ce qui sont vraisemblablement
des neutrons miroirs - l'état jumeau de la matière noire - pour qu'ils
redeviennent des neutrons réguliers", a déclaré le co-auteur Yuri
Kamyshkov, un physicien de l'UT. qui, avec des collègues, a longtemps poursuivi
les idées d'oscillations neutroniques et de neutrons miroirs. "Si nous
voyons des neutrons régénérés, cela pourrait être un signal que nous avons vu
quelque chose de vraiment exotique. La découverte de la nature particulaire de
la matière noire aurait d'énormes implications.
Matthew Frost de l'ORNL, qui a obtenu
son doctorat de l'UT en travaillant avec Kamyshkov, a réalisé l'expérience avec
Broussard et a aidé à l'extraction, à la réduction et à l'analyse des données.
Frost et Broussard ont effectué des tests préliminaires avec l'aide de Lisa
DeBeer-Schmitt, scientifique en diffusion de neutrons à l'ORNL.
Lawrence Heilbronn, ingénieur
nucléaire à l'UT, a caractérisé les bruits de fond, tandis qu'Erik Iverson,
physicien à l'ORNL, a caractérisé les signaux neutroniques. Grâce au programme
de stages en laboratoire de premier cycle scientifique du Bureau des sciences
du DOE, Michael Kline de l'Ohio State University a compris comment calculer les
oscillations à l'aide d'unités de traitement graphique - des accélérateurs de
types spécifiques de calculs dans les codes d'application - et a effectué des
analyses indépendantes de l'intensité et des statistiques du faisceau de
neutrons. , et Taylor Dennis de l'East Tennessee State University ont aidé à
mettre en place l'expérience et à analyser les données de base, devenant
finaliste d'un concours pour ce travail. Les étudiants diplômés de l'UT Josh
Barrow, James Ternullo et Shaun Vavra avec les étudiants de premier cycle Adam
Johnston, Peter Lewiz et Christopher Matteson ont contribué à différentes
étapes de la préparation et de l'analyse des expériences. L'étudiant diplômé de
l'Université de Chicago, Louis Varriano, ancien porteur du flambeau de l'UT, a
aidé aux calculs conceptuels de mécanique quantique de la régénération des
neutrons miroirs.
La conclusion : Aucune preuve de
régénération de neutrons n'a été observée. "Cent pour cent des neutrons se
sont arrêtés ; zéro pour cent a traversé le mur", a déclaré
Broussard. Quoi qu'il en soit, le résultat est toujours important pour
l'avancement des connaissances dans ce domaine.
Avec une théorie particulière de la
matière miroir démystifiée, les scientifiques se tournent vers d'autres voies pour tenter de résoudre le casse-tête de la
durée de vie des neutrons. "Nous allons continuer à chercher la raison de
l'écart", a déclaré Broussard. Elle et ses collègues utiliseront le High
Flux Isotope Reactor, une installation utilisateur du DOE Office of Science à
l'ORNL, pour cela. Les mises à niveau en cours au HFIR rendront possibles des recherches
plus sensibles car le réacteur produira un flux de neutrons beaucoup plus élevé
et le détecteur blindé de son diffractomètre à diffusion de neutrons à petit
angle a un bruit de fond plus faible.
Parce que l'expérience rigoureuse n'a
pas trouvé de preuves de neutrons miroirs, les physiciens ont pu écarter une
théorie farfelue. Et cela les rapproche de la résolution du puzzle.
S'il semble triste que l'énigme de la
durée de vie des neutrons reste non résolue, rassurez-vous auprès de Broussard
: « La physique est difficile parce que nous avons fait un trop bon travail dans
ce domaine. Il ne reste que des problèmes vraiment difficiles – et des
découvertes heureuses.
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Understanding
the early universe depends on estimating the lifespan of neutrons
More
information: L. J. Broussard et al, Experimental Search for Neutron to Mirror
Neutron Oscillations as an Explanation of the Neutron Lifetime Anomaly,
Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.212503
Journal information: Physical Review
Letters
Provided by
Oak Ridge National Laboratory
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Commentaires
Cette tentative est très intéressante .Imaginez-vous un instant
ce neutron miroir constitué de 2
antiquarks Up de couleur différente
associés à un antiquark Down et vous passez illico presto dans un univers
parallèle où les négatons remplacent
les protons !!!!! Attendez ce n’est pas terminé ;rêvons
ensembles d’un autre univers parallèle
avec des neutrons de 2 antiquarks down et d’un antiquarks up ….Et
ce n’est pas encore fini : composez-vous
la matière d’un univers hyper dense muni de protons lourds
composés de :2 charms et un strange ou leurs antiparticules !! Ou même pour finir d’un super univers énergétique avec des mégas protons fabriqués par 2 quarks top
et un botom etc !!!!!
La diversité d’un univers serait-elle alors faite de ce que sa qualité d’espace incréé( sa
densité énergétique maxi) lui permettrait
de supporter ?????
Pourrait-on imaginer que des trous noirs massifs géants contiennent de telles bulles d’ espaces hyper
denses et univers super
massifs ????
