Notre groupe développe un programme de recherche à l'interface de la physique des particules et de la cosmologie visant à élucider certaines des grandes énigmes de la physique contemporaine telles que l'asymétrie matière-antimatière de l'Univers ou encore la nature de l'énergie noire. Dans ce but, nous effectuons des expériences de basse énergie utilisant comme outil privilégié les neutrons ultra-froids, connus sous le nom d'UCN (Ultra Cold Neutron). A l'heure actuelle, nos deux principales activités sont la mesure du moment dipolaire électrique du neutron (nEDM) à l'Institut Paul Scherrer en Suisse et la mesure des états quantiques des neutrons bondissants (GRANIT) à l'Institut Laue Langevin (Grenoble).

Les neutrons ultrafroids

Le neutron est une particule très pénétrante car il n'a pas de chage électrique. Toutefois, dans certaines conditions, un neutron peut être réfléchi par une surface, comme la lumière. Il s'agit là d'une manifestation de la dualité onde-corpuscule. Cette capacité à rebondir sur une surface dépend de la vitesse des neutrons. Les neutrons chauds, c'est-à-dire rapides, ne sont jamais réfléchis. Les neutrons froids, plus lents, peuvent être réfléchis aux faibles angles d'incidence. Les neutrons ultrafroids, de vitesse inférieure à 30 km/h, sont réfléchis à tous les angles d'incidence pour certains matériaux.

Utilisation des neutrons ultrafroids

• Stockage des neutrons

Les neutrons ultrafroids peuvent être stockés dans des pièges matériels ou magnétiques. Il est ainsi possible de maintenir un neutron, pour l'observer ou le manipuler, pendant toute sa durée de vie (en moyenne de 15 minutes). Des expériences utilisant des neutrons stockés pemettent en général une sensibilité accrue, en comparaison avec les expériences utilisant un faisceau de neutrons. La mesure du moment dipolaire électrique du neutron (expérience nEDM) profite de cette sensibilité accrue.

• Etude de la gravitation

Du fait de leur faible vitesse, l'effet de la gravité est visible sur les neutrons ultrafroids. Un neutron avec une vitesse de 30 km/h peut s'élever de 3 m au plus avant de retomber sous l'effet de la pesanteur. Les neutrons ultrafroids permettent ainsi d'étudier les effets de la gravitation dans le monde microscopique (expérience GRANIT).

Propriétés des UCN et de divers matériaux