Un bouclier magnétique pour traquer l'asymétrie de l'électron express
Le champ magnétique dans ce dispositif doit être aussi uniforme qu'une vitre : la moindre ondulation brouillerait le signal. Les ingénieurs ont assemblé deux bobines qui compensent mutuellement leur champ à l'extérieur, et les ont enveloppées dans trois couches de plaques ferromagnétiques. À l'intérieur, on obtient un volume d'un mètre sur quatre centimètres où le champ varie de moins d'un milliardième de tesla — c'est comme si le niveau de la mer ne fluctuait pas plus que l'épaisseur d'un cheveu.
Les plaques en mu-métal — un alliage qui attire les lignes de champ magnétique comme une éponge absorbe l'eau — sont démontables. La plus grande pèse 19 kilogrammes et se transporte facilement à deux. Le principal défi était de ne pas plier les plaques lors de l'assemblage : une courbure laisse des contraintes dans le métal, qui se met à « se souvenir » de l'ancien champ. C'est pourquoi les fixations sont conçues pour éviter toute déformation.
Lorsque le champ à l'intérieur des bobines est inversé pour éliminer les erreurs, le champ externe ne s'échappe presque pas. Grâce à cela, les écrans ne se magnétisent pas et n'ont pas besoin d'être démagnétisés après chaque commutation. Le champ résiduel reste en dessous d'un milliardième de tesla pendant 17 heures, même si l'on commute le champ toutes les 30 secondes.
Résultat : par rapport à l'installation précédente, les erreurs liées au champ magnétique ont diminué d'environ 40 fois. De plus, la zone de travail est cinq fois plus longue, et le nombre de couches d'écrans est passé de cinq à trois. La recherche du « déséquilibre » électronique peut désormais être menée avec beaucoup plus de confiance.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2608.11439v1
A system of actively-shielded coils and mu-metal shields is devised, constructed and shown to provide the stable and spatially uniform magnetic field needed for the ACME III electron electric dipole moment (eEDM) measurement. Two layers of current-carrying coils, enclosed within three layers of ferromagnetic shields, produce a field that varies by less than 1 nT (10 $$\uG$$) within the 1 m $$\times$$ 4.2 cm $$\times$$ 4.2 cm interior volume in which a beam of ThO molecules are probed as they precess. The demountable shields are constructed from rectangular mu-metal plates. The largest, with a mass of 19 kg and an area of 2.18 m $$\times$$ 0.75 m, is easily carried by two people and just fits within a large available annealing oven. The assembly design facilitates low-stress mounting and handling to suppress changes in the magnetic properties of the mu metal, and also provides modular access to apparatus within the coils for maintenance and upgrades. The nearly static external ambient field is reduced within the shielded precession volume by up to a factor of $$10^5$$. During the magnetic field reversals that ACME uses to suppress systematic uncertainties, the ``actively-shielded'' coil largely cancels out its external fringing field to minimize the magnetization of the mu metal. Even though the shields are only 10 cm outside the coils, shield degaussing after every magnetic field reversal is not required. The non-reversing residual field stays below 1 nT for up to 17 hours when the field is reversed every 30 seconds, for example. The measured performance, compared to the previous generation ACME II apparatus, suggests that the magnetic-field-related systematic uncertainties for ACME III will be smaller by an estimated factor of 40 despite a five times longer precession volume and the use of three magnetic shielding layers rather than five.
Le mu-métal est si sensible à la déformation qu'un simple coup de marteau peut altérer ses propriétés magnétiques ; c'est pourquoi les plaques sont transportées dans des conteneurs spéciaux et ne sont jamais laissées tomber.