Présentation des UCN (Ultra Cold Neutrons)

• Deux grands projets :
  

Le groupe UCN (Ultra Cold Neutrons) a pour but principal l'étude des interactions et symétries fondamentales avec des neutrons ultra froids. Nous travaillons actuellement sur deux projets : nEDM et GRANIT.

Ces expériences utilisent un même outil : les neutrons ultra froids ou UCN. Ces UCN sont des neutrons de très basse énergie, de l'ordre de 100 nano-eV, se déplaçant à environ 5 m/s. Autrement dit, avec un peu d'entraînement à la course, certains d'entre nous (mais pas tous !) peuvent les battre au 100 m ce qui n'est évidemment pas le cas avec les protons du LHC qui tournent en rond à une vitesse proche de celle de la lumière c'est-à-dire 60 millions de fois plus grande. Malgré les 20 ordres de grandeur en énergie qui séparent les deux domaines, du TeV (LHC) au neV (UCN), les thèmes abordés se recouvrent largement.

Ces UCN ont deux propriétés particulièrement intéressantes pour nos études. Tout d'abord, ils sont réfléchis par la plupart des matériaux et peuvent donc être stockés dans des bouteilles où on les cuisine à toutes les sauces et où on les observe sous toutes les coutures. Ce stockage peut durer un temps relativement long ; en effet, si les parois de la bouteille présentent suffisamment peu d'impuretés et d'irrégularités, ce temps peut dépasser la durée de vie moyenne du neutron soit environ 885 secondes. Une des applications directes de ces UCN est d'ailleurs la mesure de cette durée de vie ! L'autre caractéristique qui rend ces UCN attrayants pour notre domaine de physique, c'est que contrairement aux autres particules pour lesquelles l'interaction gravitationnelle est négligeable (par rapport aux interactions forte, électromagntique ou faible), les UCN sont très sensibles à cette interaction : si on lance un UCN en l'air avec une vitesse initiale de 5 m/s, il va monter de 1,25 m puis retomber comme une balle ! Ces caractéristiques sont exploitées dans les projets nEDM et GRANIT développés au sein du groupe UCN.

Ainsi, avec le développement au laboratoire d'expériences de petite taille mais surtout de très haute précision, on ouvre de nouvelles fenêtres pour observer des phénomènes habituellement étudiés auprès des grands accélérateurs comme le LHC ou dans des expériences de mécanique quantique fondamentale. Ces projets sont par nature pluridisciplinaires et les techniques mises en oeuvre pour les mener à bien impliquent de fortes interactions avec le domaine des nano-technologies et de la physique des matériaux en plein essor dans le pôle scientifique grenoblois : les longueurs d'onde associées des UCN en font d'ailleurs un outil de choix pour l'étude de la dynamique des nano-particules et nano-agrégats ...

Propriétés des UCN et de divers matériaux