Des neutrons à la recherche de la violation de la symétrie temporelle express

Original: "Development and Application of an eV Neutron Polarization for Parity Violation Studies at CSNS Back-n Beamline"
arXiv:2602.17742 · 2026-02-19 · CC BY 4.0 · 2 min
Un faisceau de neutrons dont la direction du spin est connue aide à comprendre pourquoi l'Univers contient plus de matière que d'antimatière.

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 ?

Le neutron est une particule sans charge électrique qui, avec les protons, constitue le noyau atomique.

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 %.

L'asymétrie est la différence relative entre deux grandeurs. Ici, elle indique à quel point le noyau de lanthane capture plus souvent les neutrons avec une direction de spin donnée par rapport à l'autre.

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.

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.

Scientifiques
Emmy NoetherEnrico FermiPaul DiracSatyendra Nath BoseAlbert EinsteinWolfgang Pauli
Notions
violation de parité ixpe