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La mesure du moment électrique dipolaire du neutron

La mesure du moment électrique dipolaire du neutron. Motivations physiques La méthode de mesure Le spectromètre RAL-Sussex-ILL Le projet nEDM@PSI. Neutron. “Ghost” neutron. nEDM ≠ 0 violation P et T Théorème CPT violation CP.

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La mesure du moment électrique dipolaire du neutron

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Presentation Transcript

  1. La mesure du moment électrique dipolaire du neutron • Motivations physiques • La méthode de mesure • Le spectromètre RAL-Sussex-ILL • Le projet nEDM@PSI

  2. Neutron “Ghost” neutron nEDM ≠ 0 violation P et T Théorème CPT violation CP Le moment électrique dipolaire du neutron et la violation de CP mN dN mN dN Vrai pour toute particule élémentaire: e,p , , atomes, molécules... Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)

  3. Violation de CP dans le MS • Secteur électrofaible : la phase  de la matrice CKM • permet d’expliquer violation de CP dans décroissances mésons (K, B) • dn = 0 au premier ordre dn~ 10-32 e.cm • QCD : la phase  (0    2p) dn~ 10-15 e.cm ~ 10-11 STRONG CP PROBLEM ! Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)

  4. Etat de l’art & Objectif Meilleure limite actuelle : |dn |≤ 6.3 10-26 e.cm (90 % CL) ILL (PRL 82(1999) ) Objectif: 10-27-10-28 e-cm • MS hors d’atteinte (nEDM=0 1er ordre) • Contraintes très sévères sur les nouveaux mécanismes • Signal : signature nouvelle physique ? C. A. Baker, ILL millenium symposium, 2001 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)

  5. +e 10  -e Si le neutron avait la taille de la terre... Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)

  6. Les neutrons ultra froids (UCN) Simulation GEANT4 UCN = neutrons pouvant se réfléchir élastiquement sur une paroi quel que soit l’angle d’incidence g • E ~ 100 neV (~ 1 m) • V ~5 m/s • l~ 1000 Å • Nombreuses applications : nEDM, niveaux gravitationnels, durée de vie du neutron, interaction n-n très basse énergie, oscillations n-nbar,... • Sources UCN : • PF2@ILL, source la plus dense : r~ 40 UCN/cm3 (Fission) • UCN@PSI (à partir de 2007) : r~ 3 103 UCN/cm3 (Spallation) • + de nombreux projets (Munich, Japon, Los Alamos) Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)

  7. t ~ 2s t ~ 2s T ~ 100s “Spin up” neutron... 1. Apply /2 spin flip pulse... 2. Free precession... 3. Second /2 spin flip pulse. 4. La méthode de Ramsey H = -2 (mn B± dn E) D nL ( - ) = 4 dn E / h Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)

  8. Le spectromètre EDM RAL-Sussex-ILL • Paramètres expérimentaux : • B ~ 1 mT • E = 10-15 kV/cm • T ~ 100 s • nL ~ 30 Hz • Pour dn = 10-27 e.cm et E = 15 kV/cm : • e ~ 6 10-23 eV ou L ~ 10-8 Hz Meilleure limite actuelle dn ≤ 6.3 10–26e.cmP.G. Harris et al.,PRL82(1999)904 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)

  9. Le projet nEDM@PSI • Objectif : diminuer de 1 à 2 ordres de grandeur la limite actuelle sur le moment électrique dipolaire du neutron • Projet en 2 étapes : • Amélioration du spectromètre RAL-Sussex-ILL et première mesure dès que la source de PSI sera opérationnelle (2007-2008) • Conception d’un nouvel appareil optimisé pour les densités UCN de PSI Objectif final : dn~ 10-28 e.cm à l’horizon 2012 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)

  10. en construction La source UCN de PSI - approuvée et financée par le PSI - démarrage prévu fin 2007 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)

  11. La collaboration G. Ban, X. Fléchard, M. Labalme, T. Lefort, E. Liénard, O. Naviliat* (LPC Caen) K. Bodek, S. Kistryn, A. Magiera, J. Zejma (Jagellonian Univ., Cracovie) D. Mazhvia, N. Khomutov, A. Olnev, B. Sabirov (JINR, Dubna) S. Gröger, P. Knowles, A. Weis (FRAP, Université de Fribourg) C. Plonka (ILL) G. Quéméner, U.C. Tsan, D. Rebreyend (LPSC Grenoble) T. Brys, M. Daum, P. Fierlinger, R. Henneck, S. Heule, M. Kasprzak, K. Kirch*, A. Pichlmaier (PSI) * co-spokesperson Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)

  12. Electro- 10-20 10-20 magnetic electron: 10-22 neutron: 10-24 Experimental Limit on d (e cm) Multi SUSY Higgs f ~ 1 f ~ a/p Left-Right 10-30 10-30 1960 1970 1980 1990 2000 10-32 10-34 Standard Model 10-36 10-38 EDM Limits: the first half-century Factor ~10 per 8 years Barr: Int. J. Mod Phys. A8 208 (1993) Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)

  13. Violation de CP dans le MS • Secteur électrofaible : la phase  de la matrice CKM d’ 1- 2 /2  A 3(  –i h) d s’ = -  1- 2 /2 A 2s b’ A 3(1––i h) –A 2 1 b nEDM ~ 10-32 e.cm • QCD : la phase  Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)

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