Des neutrons à la recherche de la violation de la symétrie temporelle express
Au cœur de l'accélérateur, les neutrons sont accélérés et filent vers la cible, tels une nuée de minuscules toupies. Chaque toupie possède un axe de rotation : le spin. Si toutes les toupies tournent dans le même sens, le faisceau est dit polarisé. C'est exactement ce type de faisceau qu'il faut pour tenter de capturer l'insaisissable violation de symétrie : pourquoi notre monde ne contient-il presque plus d'antimatière, alors que le Big Bang aurait dû en produire autant que de matière ?
Pour obtenir des neutrons polarisés, les physiciens utilisent un gaz d'hélium-3. Les atomes de ce gaz, telle une éponge, absorbent les neutrons dont le spin pointe dans une direction et laissent passer les autres. Ainsi naît un faisceau où les spins sont alignés comme des aiguilles de boussoles dans un champ magnétique. Ce faisceau a été dirigé vers un noyau de lanthane-139. Lorsqu'un neutron entre en résonance avec le noyau, la probabilité d'absorption dépend de l'orientation relative des spins. En mesurant la différence de comptage des neutrons pour deux réglages opposés, les scientifiques ont obtenu une asymétrie d'environ 7,8 %.
Ce résultat concorde avec les mesures antérieures, ce qui prouve que la nouvelle source de neutrons polarisés fonctionne correctement. On peut désormais l'utiliser pour des expériences plus fines : rechercher la violation de la symétrie par renversement du temps. Si une telle violation était découverte, elle expliquerait pourquoi la matière a triomphé de l'antimatière, et pourquoi nous existons.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2602.17742
The dynamic enhancement of symmetry-breaking effects in neutron-nucleus resonances provides a sensitive testing ground for Time-Reversal Invariance Violation (TRIV). Exploiting this mechanism, the Neutron Optics Parity and Time Reversal Experiment (NOPTREX) seeks to elucidate the origin of the universe's baryon asymmetry. Critical to this effort is the precise measurement of Parity Violation (PV) asymmetries, which is essential to calibrate the nuclear parameters required for future TRIV experiments. To facilitate these studies, we developed an eV polarized neutron at the Back-n white neutron beamline of the China Spallation Neutron Source (CSNS). Neutron polarization is generated by an in-situ Spin-Exchange Optical Pumping (SEOP) $$^3$$He filter. Spin manipulation is performed by an adiabatic spin flipper, while spin polarization is preserved over the flight path by a vacuum transport system equipped with a solenoidal guide field. Experiments successfully measured an asymmetry of approximately $$7.8 \pm 2.4$$ (stat.) $$\pm 0.3$$ (sys.) % at the 0.747 eV p-wave resonance of $$^{139}$$La. These results are in agreement with previous results on this resonance and validate the system's capability for PV measurements.
L'hélium-3, utilisé pour polariser les neutrons, est rare sur Terre : on l'extrait du gaz naturel, et il se forme aussi lors de la désintégration du tritium. À l'avenir, on envisage de l'exploiter sur la Lune, où il s'est accumulé grâce au vent solaire.
Dans le roman de Greg Egan « La Fusée mécanique », les héros voyagent à travers un univers où matière et antimatière sont séparées et cherchent un moyen de rétablir la symétrie — c'est à peu près la même énigme que les physiciens tentent de résoudre avec leurs expériences sur les neutrons.