![\"\"](\"https:\/\/lpsc-wordpress.in2p3.fr\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/neutronsChaudsFroids-280x300.jpg\")
<\/figure>\nLes neutrons ultrafroids peuvent \u00eatre stock\u00e9s dans des pi\u00e8ges mat\u00e9riels ou magn\u00e9tiques. Il est ainsi possible de maintenir un neutron, pour l’observer ou le manipuler, pendant toute sa dur\u00e9e de vie (en moyenne de 15 minutes). Des exp\u00e9riences utilisant des neutrons stock\u00e9s permettent en g\u00e9n\u00e9ral une sensibilit\u00e9 accrue, en comparaison avec les exp\u00e9riences utilisant un faisceau de neutrons. La mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron (exp\u00e9rience n2EDM) profite de cette sensibilit\u00e9 accrue. Du fait de leur faible vitesse, l’effet de la gravit\u00e9 est visible sur les neutrons ultrafroids. Un neutron avec une vitesse de 30 km\/h peut s’\u00e9lever de 3 m au plus avant de retomber sous l’effet de la pesanteur. Les neutrons ultrafroids permettent ainsi d’\u00e9tudier les effets de la gravitation dans le monde microscopique.<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\u00c9quipe \n\t\t\t\t
L’\u00e9quipe UCN est constitu\u00e9e de 4 enseignants-chercheurs UGA, d’un chercheur CNRS, d’un postdoctorant et de deux th\u00e9sards.<\/p>\n
Membres permanents<\/h3>\n\n- Benoit Cl\u00e9ment (MCF, Responsable \u00e9quipe) : laboratoire mercure, exp\u00e9riences ILL.<\/li>\n
- Guillaume Pignol (MCF) : n2EDM, laboratoire mercure, exp\u00e9riences ILL.<\/li>\n
- Konstantin Protassov (PR) : interaction antineutron-mati\u00e8re.<\/li>\n
- Dominique Rebreyend (DR) : n2EDM, laboratoire mercure.<\/li>\n
- St\u00e9phanie Roccia (MCF) : n2EDM, exp\u00e9riences ILL.<\/li>\n<\/ul>\n
Postdoctorant(s)<\/h3>\n\n- Valentin Czamler : n2EDM, exp\u00e9riences ILL<\/li>\n<\/ul>\n
Doctorants<\/h3>\n\n- Morgan Ferry (n2EDM et L4M)<\/li>\n
- Katia Michielsen (n2EDM)<\/li>\n<\/ul>\n\t\t\t\t\t\t\tActivit\u00e9s scientifiques\n\t\t\t\t
Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron<\/h2>\nLa nouvelle physique \u00e0 l’origine de l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re<\/h3>\n
L’origine de l’asym\u00e9trie entre la mati\u00e8re et l’antimati\u00e8re dans l’Univers reste encore inexpliqu\u00e9e par le Mod\u00e8le Standard de la physique des particules. Pour satisfaire aux conditions de Sakharov, le processus microscopique \u00e0 l’\u0153uvre pendant la baryog\u00e9n\u00e8se – la phase hypoth\u00e9tique de l’Univers primordial qui a produit l’asym\u00e9trie – doit impliquer une nouvelle interaction violant la sym\u00e9trie CP. La sym\u00e9trie CP est la combinaison de la sym\u00e9trie de charge (C) et de la sym\u00e9trie de parit\u00e9 (P). Il existe actuellement trois types d’approches exp\u00e9rimentales pour sonder de nouvelles sources de violation de CP :<\/p>\n
\n- la recherche aupr\u00e8s des collisionneurs, en particulier avec les d\u00e9tecteurs LHCb et Belle 2<\/li>\n
- la recherche de violation de CP dans le ph\u00e9nom\u00e8ne d’oscillation des neutrinos avec DUNE, T2K et T2HK<\/li>\n
- la recherche de ph\u00e9nom\u00e8nes microscopiques violant la sym\u00e9trie de renversement du temps T. En effet le th\u00e9or\u00e8me CPT indique qu’une interaction violant T doit aussi violer la sym\u00e9trie CP.<\/li>\n<\/ul>\n
Le moment dipolaire \u00e9lectrique\u00a0(EDM) : une sonde de la sym\u00e9trie T<\/h3>\n
L’EDM d<\/strong> d’une particule de spin \u00bd quantifie le couplage du spin \u00e0 un champ \u00e9lectrique appliqu\u00e9, de la m\u00eame fa\u00e7on que le moment magn\u00e9tique \u00b5<\/strong> correspond au couplage entre le spin et le champ magn\u00e9tique. La figure ci-dessous (a) d\u00e9crit l’\u00e9volution du spin dans le cas d’un EDM d<\/strong> non nul (ici, positif), et (b) est l’\u00e9volution obtenue \u00e0 partir de (a) en inversant le sens du temps.<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/lpsc-wordpress.in2p3.fr\/wp-content\/uploads\/2024\/10\/ucn_edm1-300x102.png\")
Figure 1 : \u00e9volution du spin du neutron dans un champ \u00e9lectrique d\u00fb au couplage <\/em>\u00a0<\/em>\u00a0<\/p>\nIl s’agit d’un ph\u00e9nom\u00e8ne microscopique qui distingue le pass\u00e9 du futur. Ainsi, l’existence d’un EDM non nul serait la signature d’une violation de la sym\u00e9trie T, induite par une nouvelle interaction violant aussi la sym\u00e9trie CP. Depuis le d\u00e9but de la recherche de l’EDM du neutron dans les ann\u00e9es 1950, la pr\u00e9cision a \u00e9t\u00e9 am\u00e9lior\u00e9e par facteur un million. C’est en particulier l’utilisation de neutrons ultra-froids, que l’on stocker pendant plusieurs minutes, qui a permis une avanc\u00e9e d\u00e9cisive de la pr\u00e9cision. Malgr\u00e9 ces progr\u00e8s, toutes les mesures restent compatible avec z\u00e9ro.<\/p>\n
Le programme nEDM \u00e0 l’Institut Paul Scherrer (PSI) et le projet n2EDM<\/h3>\n
Depuis les ann\u00e9es 2000, l’\u00e9quipe UCN du LPSC participe \u00e0 la collaboration internationale nEDM qui conduit un programme pour mesurer l’EDM du neutron aupr\u00e8s de la source de neutrons ultrafroids du PSI<\/a> en Suisse.<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/lpsc-wordpress.in2p3.fr\/wp-content\/uploads\/2024\/03\/aiguilleur-300x186.png\")
Figure 2 : aiguilleur de neutron ultrafroid construit et test\u00e9 au LPSC avant son int\u00e9gration dans l’exp\u00e9rience n2EDM \u00e0 PSI<\/em><\/p>\n\u00a0<\/p>\n
La mesure consiste \u00e0 exposer des neutrons ultrafroids \u00e0 un fort champ \u00e9lectrique (en combinaison avec un faible champ magn\u00e9tique), et mesurer l’effet de ces champs sur le spin du neutron. Le champ magn\u00e9tique doit \u00eatre contr\u00f4l\u00e9 avec une pr\u00e9cision extr\u00eame, ce qui n\u00e9cessite des magn\u00e9tom\u00e8tres quantiques. La collaboration a exploit\u00e9 l’instrument nEDM jusqu’en 2017. L’analyse des donn\u00e9es a conduit \u00e0 la mesure la plus pr\u00e9cise de d’EDM du neutron (toujours compatible avec z\u00e9ro) d=(0\u00b11.1)\u00d710-26<\/sup>e.cm.<\/p>\nL’exp\u00e9rience de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration, n2EDM<\/a>, a \u00e9t\u00e9 install\u00e9e dans la p\u00e9riode 2018 – 2023. Actuellement, l’\u00e9quipe du LPSC participe activement \u00e0 la mise en route de n2EDM et l’exploitation de donn\u00e9es de ce nouvel instrument qui va permettre \u00e0 terme une mesure de l’EDM du neutron 10 fois plus pr\u00e9cise. Les services techniques du LPSC (SERM, SDI, Informatique) ont \u00e9t\u00e9 impliqu\u00e9s dans plusieurs d\u00e9veloppements techniques pour la ce projet.<\/p>\n\u00a0<\/em><\/p>\nExp\u00e9riences \u00e0 l’ILL<\/h2>\n
L’\u00e9quipe exploite aussi les neutrons ultra-froids produits par l’Institut Laue Langevin de Grenoble, en particulier aupr\u00e8s de l’instrument PF2 (Physique Fondamentale 2). Nous avons port\u00e9 un programme de trois exp\u00e9riences cherchant une forme de mati\u00e8re noire bien particuli\u00e8re : la mati\u00e8re miroir. Cette mati\u00e8re miroir serait compos\u00e9e d’une copie des particules connues. Ce type de mod\u00e8le permet de r\u00e9tablir la sym\u00e9trie de parit\u00e9 viol\u00e9e par les interactions faibles. \u00c9lectriquement neutre, le neutron serait une des rares particule \u00e0 pouvoir osciller en sa copie, le neutron miroir, sous certaines conditions exp\u00e9rimentales.<\/p>\n
Notre approche exp\u00e9rimentale consistait \u00e0 guider des neutrons sur 5 m\u00e8tres en essayant de produire les conditions exp\u00e9rimentales, en appliquant un champ magn\u00e9tique, pour que le neutron oscille et devienne un neutron miroir. Autrement dit, que le neutron disparaisse\u00a0!<\/p>\n
En choisissant des neutrons ultra-froids, nous avons pu avoir un guide tr\u00e8s efficace pour les neutrons et, profitant du fait que ces neutrons se d\u00e9placent tr\u00e8s lentement (1 \u00e0 10 m.s-1<\/sup>), nous avons pu les soumettre aux conditions exp\u00e9rimentales pendant plusieurs centaines de secondes.<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/lpsc-wordpress.in2p3.fr\/wp-content\/uploads\/2024\/10\/UCN_mirror-300x193.png\")
<\/h3>\n
Figure 3 : Illustration de l’exp\u00e9rience de l’ILL par W. Saenz. On suit un neutron (en bleu) qui est guid\u00e9 depuis la source. Dans le champ magn\u00e9tique de la bobine (en vert) il oscille en un neutron miroir (en rouge). Ce neutron miroir s’\u00e9chappe du guide et n’atteindra jamais le d\u00e9tecteur en bout de guide.\u00a0<\/em><\/p>\nAvec une premi\u00e8re s\u00e9rie de deux exp\u00e9riences, nous avons explor\u00e9 une r\u00e9gion de masse o\u00f9 le neutron miroir aurait une masse l\u00e9g\u00e8rement diff\u00e9rente de cette du neutron de 2 \u00e0 69 peV sans observer d’oscillation plus rapide que 1s. Plus de d\u00e9tails ici\u00a0: https:\/\/journals.aps.org\/prl\/pdf\/10.1103\/PhysRevLett.131.191801<\/a><\/p>\nDans le cadre d’une troisi\u00e8me exp\u00e9rience, nous avons explor\u00e9 une nouvelle r\u00e9gion en masse, dans la quelle la diff\u00e9rence de masse entre le neutron et sa copie miroir pourrait atteindre 1500 peV.<\/p>\n
Nos coll\u00e8gues th\u00e9oriciens ne manquent pas d’imagination et pr\u00e9disent aussi que ces exp\u00e9riences permettent de tester l’existence de dimension suppl\u00e9mentaires dans l’univers. En effet une disparition de neutron peut aussi \u00eatre le signe que le neutron est \u00ab\u00a0pass\u00e9\u00a0\u00bb dans un autre brane disparaissant ainsi du brane o\u00f9 se trouve l’univers observable dans lequel nous nous trouvons.<\/p>\n
Notre collaboration avec l’ILL permet aussi de tester les d\u00e9veloppements techniques de notre \u00e9quipe comme le d\u00e9tecteur UCNBoX qui est un d\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position \u00e0 laquelle le neutron est entr\u00e9 dans le d\u00e9tecteur avec une pr\u00e9cision de 2 microns. Ce type de technologie permet de mesurer les\u00a0\u00e9tats quantiques gravitationnels du neutron en prenant en quelque sorte une photo de la fonction d’onde d’un neutron et ainsi d’\u00e9tudier les effets de la gravitation dans le monde microscopique. C’est l’objectif du programme exp\u00e9rimental \u00e0 venir\u00a0: L’\u00e9tude des niveaux d’\u00e9nergies quantifi\u00e9s de ce syst\u00e8me (induction de transitions r\u00e9sonnantes entre niveaux gr\u00e2ce \u00e0 un coupleur gravito-magn\u00e9tique) ainsi que celle de l’extension spatiale des fonctions d’onde (atteignant la dizaine de microm\u00e8tres) donne acc\u00e8s \u00e0 des observables uniques.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tLaboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M\n\t\t\t\t
<\/p>\n
Magn\u00e9tom\u00e9trie atomique<\/h2>\n
Le L4M (laboratoire pour la mesure du moment magn\u00e9tique du mercure) est une installation d\u00e9velopp\u00e9e depuis 2015 au sein du LPSC afin de r\u00e9aliser diverses \u00e9tudes autour de la magn\u00e9tom\u00e9trie atomique avec du mercure 199. Le mercure 199 est utilis\u00e9 dans l’exp\u00e9rience n2EDM pour contr\u00f4ler les variations temporelles du champ magn\u00e9tique au sein des chambres de pr\u00e9cession.<\/p>\n
Le projet phare est la mesure de rapport gyromagn\u00e9tique du mercure 199 relativement \u00e0 celui de l’h\u00e9lium 3, afin de r\u00e9duire une source d’erreur syst\u00e9matique de la mesure de l’EDM du neutron. D’autres \u00e9tudes portent sur diff\u00e9rents effets influant sur le temps de d\u00e9polarisation du mercure, les d\u00e9calages en fr\u00e9quence induits par la lumi\u00e8re et les propri\u00e9t\u00e9s d’absorption de la lumi\u00e8re par les atomes. Enfin le L4M sert \u00e9galement \u00e0 la caract\u00e9risation et \u00e0 l’optimisation de diff\u00e9rents \u00e9l\u00e9ments d\u00e9ploy\u00e9s dans l’exp\u00e9rience n2EDM.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/lpsc-wordpress.in2p3.fr\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/DSC_0232-300x129.jpg\")
![\"\"](\"https:\/\/lpsc-wordpress.in2p3.fr\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/DSC_0097-1-300x169.jpg\")
<\/p>\n
A gauche : Laser UV Toptica \u00e0 254 nm (quadrupleur de fr\u00e9quence); A droite : Le banc de remplissage de cellules optiques<\/em><\/p>\nL’installation inclut :<\/p>\n
\n- Un laser UV \u00e0 254nm, correspondant la transition 1<\/sup>S0<\/sub> vers 3<\/sup>P1<\/sub> du mercure 199, utilis\u00e9e pour polariser la vapeur de mercure par pompage optique.<\/li>\n
- Des lasers IR \u00e0 1083 nm, pour l’hyperpolarisation de l’h\u00e9lium 3 . Le pompage optique est effectu\u00e9 sur un \u00e9tat m\u00e9tastable de l’h\u00e9lium cr\u00e9\u00e9 par une d\u00e9charge et transmis par \u00e9change de m\u00e9tastabilit\u00e9 au fondamental (MEOP).<\/li>\n
- Un jeu de bobines de Helmoltz servant \u00e0 compenser le champ ambiant et imposer divers champs (jusqu’\u00e0 200\u00b5T dans le plan transverse au faisceau laser et 10mT sur l’axe) et gradients magn\u00e9tiques (quelques centaines de nT\/cm).<\/li>\n
- un banc de remplissage de cellules, permettant de contr\u00f4ler la quantit\u00e9 de mercure et de r\u00e9aliser des m\u00e9langes mercure-h\u00e9lium (ou autre gaz) \u00e0 diverses pression dans la gamme du millibar. Les cellules, en verre ou en quartz, sont au choix scell\u00e9es ou ferm\u00e9e par une vanne.<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0<\/em><\/p>\n<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tListes des th\u00e8ses\n\t\t\t\t
<\/p>\n
\n- \n
Th\u00e8ses<\/h3>\n<\/ul>\n\n- Thomas Bouillaud <\/strong>(2022, dir. G. Pignol) :\u00a0The internal magnetic field of the n2EDM experiment to probe CP symmetry : calculation of the magic field and control of non-uniformities<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Yinghao Xi <\/strong>(2021, dir. B. Cl\u00e9ment, A. Bes) : D\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Laura Ferrari-Bouchez <\/strong>(2020, dir. G. Pignol) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : correction de l’effet syst\u00e9matique du champ fant\u00f4me<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Yohan Kermaidic <\/strong>(2016, dir. D. Rebreyend) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : analyse de donn\u00e9es et d\u00e9veloppement autour du \u00b9\u2079\u2079Hg<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Damien Roulier <\/strong>(2015, dir B. Cl\u00e9ment, V.V. Nesvizhevsky) : Production et d\u00e9tection de neutrons ultra-froids pour le spectrom\u00e8tre GRANIT<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Mathieu Guigue<\/strong> (2015, dir G. Pignol) : \u00c0 la recherche de nouvelles forces avec l’h\u00e9lium 3 polaris\u00e9<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Stephanie Roccia<\/strong> (2009, dir. D. Rebreyend) : La co-magn\u00e9tom\u00e9trie mercure pour la mesure du moment \u00e9lectrique dipolaire du neutron : Optimisation et application au test de l’invariance de Lorentz<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Guillaume Pignol <\/strong>(2009, dir K. Protassov, V.V. Nesvizhevsky) : Pr\u00e9paration de l’exp\u00e9rience GRANIT et recherche de nouvelles interactions avec les neutrons.<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Habilitations \u00e0 Diriger les Recherches<\/h3>\n<\/ul>\n\n- \n
\n- St\u00e9phanie Roccia <\/strong>(2023)<\/li>\n
- Guillaume Pignol<\/strong> (2015)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tPublications\n\t\t\t\t
Collaboration nEDM\/n2EDM<\/h3>\n
L’ensemble des publications de la collaboration est disponible ici<\/a> . On peux mettre en avant deux publication r\u00e9centes o\u00f9 l’\u00e9quipe UCN\u00a0 du LPSC a contribu\u00e9 significativement :<\/p>\n\n- The n2EDM experiment at the Paul Scherrer Institute,<\/em> C.Abel et al., EPJ Web Conf. 219 (2019) 020002<\/li>\n
- Measurement of the permanent electric dipole moment of the neutron<\/em>, C.Abel et al., Phys. Rev. Lett (2020)<\/li>\n<\/ul>\n
Laboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M<\/h3>\n\n- Determination of diffusion coefficients of mercury atoms in various gases from longitudinal spin relaxation in magnetic gradients<\/em>, B. Cl\u00e9ment et al, Phys.Rev.A 106 (2022)<\/li>\n<\/ul>\n
Exp\u00e9riences \u00e0 l’ILL<\/h3>\n
Oscillations neutron-neutrons miroir<\/p>\n
\n- Search for Neutron-to-Hidden-Neutron Oscillations in an Ultracold Neutron Beam<\/em>, G. Ban et al, Phys.Rev.Lett. 131 (2023)<\/li>\n<\/ul>\n
D\u00e9tecteurs UCN sensibles \u00e0 la position<\/p>\n
\n- C2D8: An eight channel CCD readout electronics dedicated to low energy neutron detection<\/em>, O. Bourrion, B. Clement, D. Tourres, G. Pignol, Y. Xi, D. Rebreyend, V.V. Nesvizhevsky, Nucl.Instrum.Meth. A880 (2018) 28-34<\/li>\n
- Boron-10 conversion layer for ultra-cold neutron detection, <\/em>B.Cl\u00e9ment et al., JINST 14 (2019) no.09, P09003<\/li>\n
- Spatial resolution determination of a position sensitive ultra-cold neutron detector<\/em>, B. Cl\u00e9ment et al, Nucl.Instrum.Meth. A1040 (2020) 167212<\/li>\n<\/ul>\n
Niveaux quantiques gravitationnels<\/p>\n
\n- Status of the GRANIT facility<\/em>, D. Roulier et al, Adv.High Energy Phys. 2015 (2015) 730437 special volume \u00ab\u00a0Quantum Gravitational spectroscopy\u00a0\u00bb<\/li>\n
- Design and test of a compact and high-resolution time-of-flight measurement device for cold neutron beams, <\/em>D.Roulier et al, Phys.Rev.Accel.Beams 22 (2019) no.3 032801<\/li>\n
- Manipulation of gravitational quantum states of a bouncing neutron with the GRANIT spectrometer, <\/em>B. Cl\u00e9ment et al., arXiv:2205.1113<\/li>\n<\/ul>\n
Recherches de nouvelles forces<\/p>\n
\n- Constraining short-range spin-dependent forces with polarized 3He, <\/em>M. Guigue et al., Phys. Rev. D 92, 114001 (2015)<\/li>\n
- Neutron Interferometry constrains dark energy chameleon fields<\/em>, H. Lemmel et al., Phys.Lett.B 743 (2015) 310-314<\/li>\n<\/ul>\n\t\t\t\t\t\t\tCalculateurs UCN\n\t\t\t\t
Propri\u00e9t\u00e9s des neutrons ultra-froid<\/a><\/h3>\nCalcul des potentiels de Fermi<\/a><\/h3>\n\n\n\n\t\t\t\t![\"n2EDM_web\"](\"https:\/\/lpsc-wordpress.in2p3.fr\/wp-content\/uploads\/2024\/10\/n2EDM_web.jpg\" "\\"n2EDM_web\\"")
\n\n\t\t\tUCN\t<\/h2>\n\t
L’\u00e9quipe neutron ultrafroids d\u00e9veloppe un programme de recherche \u00e0 l’interface de la physique des particules et de la cosmologie visant \u00e0 \u00e9lucider certaines des grandes \u00e9nigmes de la physique contemporaine telles que l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re de l’Univers ou encore la nature de l’\u00e9nergie noire.<\/p>\n\t\t\t\tPr\u00e9sentation\n\t\t\t\t\u00c9quipe \n\t\t\t\tActivit\u00e9s scientifiques\n\t\t\t\tLaboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M\n\t\t\t\tListes des th\u00e8ses\n\t\t\t\tPublications\n\t\t\t\tCalculateurs UCN\n\t\t\t\t\t\t\tPr\u00e9sentation\n\t\t\t\t
<\/p>\n
L’\u00e9quipe UCN d\u00e9veloppe un programme de recherche \u00e0 l’interface de la physique des particules et de la cosmologie visant \u00e0 \u00e9lucider certaines des grandes \u00e9nigmes de la physique contemporaine telles que l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re de l’Univers ou encore la nature de l’\u00e9nergie noire. Dans ce but, nous effectuons des exp\u00e9riences de basse \u00e9nergie utilisant comme outil privil\u00e9gi\u00e9 les neutrons ultra-froids, connus sous le nom d’UCN (Ultra Cold Neutron). A l’heure actuelle, notre activit\u00e9 principale est la mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron \u00e0 l’Institut Paul Scherrer en Suisse au sein du projet n2EDM. Nous participons \u00e9galement \u00e0 des exp\u00e9riences ponctuelles \u00e0 l’Institut Laue Langevin, voisin du LPSC. Enfin nous avons construit au sein du LPSC un laboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie nucl\u00e9aire dans le but d’\u00e9tudier diff\u00e9rents effets syst\u00e9matiques dans le cadre de la mesure de l’EDM du neutron.<\/p>\n
<\/p>\n
Les neutrons ultrafroids<\/h3>\n
<\/p>\n
Le neutron est une particule tr\u00e8s p\u00e9n\u00e9trante car il n’a pas de charge \u00e9lectrique. Toutefois, dans certaines conditions, un neutron peut \u00eatre r\u00e9fl\u00e9chi par une surface, comme la lumi\u00e8re. Il s’agit l\u00e0 d’une manifestation de la dualit\u00e9 onde-corpuscule. Cette capacit\u00e9 \u00e0 rebondir sur une surface d\u00e9pend de la vitesse des neutrons. Les neutrons chauds, c’est-\u00e0-dire rapides, ne sont jamais r\u00e9fl\u00e9chis. Les neutrons froids, plus lents, peuvent \u00eatre r\u00e9fl\u00e9chis aux faibles angles d’incidence. Les neutrons ultrafroids, de vitesse inf\u00e9rieure \u00e0 30 km\/h, sont r\u00e9fl\u00e9chis \u00e0 tous les angles d’incidence pour certains mat\u00e9riaux.<\/p>\n
<\/p>\n <\/figure>\nLes neutrons ultrafroids peuvent \u00eatre stock\u00e9s dans des pi\u00e8ges mat\u00e9riels ou magn\u00e9tiques. Il est ainsi possible de maintenir un neutron, pour l’observer ou le manipuler, pendant toute sa dur\u00e9e de vie (en moyenne de 15 minutes). Des exp\u00e9riences utilisant des neutrons stock\u00e9s permettent en g\u00e9n\u00e9ral une sensibilit\u00e9 accrue, en comparaison avec les exp\u00e9riences utilisant un faisceau de neutrons. La mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron (exp\u00e9rience n2EDM) profite de cette sensibilit\u00e9 accrue. Du fait de leur faible vitesse, l’effet de la gravit\u00e9 est visible sur les neutrons ultrafroids. Un neutron avec une vitesse de 30 km\/h peut s’\u00e9lever de 3 m au plus avant de retomber sous l’effet de la pesanteur. Les neutrons ultrafroids permettent ainsi d’\u00e9tudier les effets de la gravitation dans le monde microscopique.<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\u00c9quipe \n\t\t\t\t
L’\u00e9quipe UCN est constitu\u00e9e de 4 enseignants-chercheurs UGA, d’un chercheur CNRS, d’un postdoctorant et de deux th\u00e9sards.<\/p>\n
Membres permanents<\/h3>\n\n- Benoit Cl\u00e9ment (MCF, Responsable \u00e9quipe) : laboratoire mercure, exp\u00e9riences ILL.<\/li>\n
- Guillaume Pignol (MCF) : n2EDM, laboratoire mercure, exp\u00e9riences ILL.<\/li>\n
- Konstantin Protassov (PR) : interaction antineutron-mati\u00e8re.<\/li>\n
- Dominique Rebreyend (DR) : n2EDM, laboratoire mercure.<\/li>\n
- St\u00e9phanie Roccia (MCF) : n2EDM, exp\u00e9riences ILL.<\/li>\n<\/ul>\n
Postdoctorant(s)<\/h3>\n\n- Valentin Czamler : n2EDM, exp\u00e9riences ILL<\/li>\n<\/ul>\n
Doctorants<\/h3>\n\n- Morgan Ferry (n2EDM et L4M)<\/li>\n
- Katia Michielsen (n2EDM)<\/li>\n<\/ul>\n\t\t\t\t\t\t\tActivit\u00e9s scientifiques\n\t\t\t\t
Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron<\/h2>\nLa nouvelle physique \u00e0 l’origine de l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re<\/h3>\n
L’origine de l’asym\u00e9trie entre la mati\u00e8re et l’antimati\u00e8re dans l’Univers reste encore inexpliqu\u00e9e par le Mod\u00e8le Standard de la physique des particules. Pour satisfaire aux conditions de Sakharov, le processus microscopique \u00e0 l’\u0153uvre pendant la baryog\u00e9n\u00e8se – la phase hypoth\u00e9tique de l’Univers primordial qui a produit l’asym\u00e9trie – doit impliquer une nouvelle interaction violant la sym\u00e9trie CP. La sym\u00e9trie CP est la combinaison de la sym\u00e9trie de charge (C) et de la sym\u00e9trie de parit\u00e9 (P). Il existe actuellement trois types d’approches exp\u00e9rimentales pour sonder de nouvelles sources de violation de CP :<\/p>\n
\n- la recherche aupr\u00e8s des collisionneurs, en particulier avec les d\u00e9tecteurs LHCb et Belle 2<\/li>\n
- la recherche de violation de CP dans le ph\u00e9nom\u00e8ne d’oscillation des neutrinos avec DUNE, T2K et T2HK<\/li>\n
- la recherche de ph\u00e9nom\u00e8nes microscopiques violant la sym\u00e9trie de renversement du temps T. En effet le th\u00e9or\u00e8me CPT indique qu’une interaction violant T doit aussi violer la sym\u00e9trie CP.<\/li>\n<\/ul>\n
Le moment dipolaire \u00e9lectrique\u00a0(EDM) : une sonde de la sym\u00e9trie T<\/h3>\n
L’EDM d<\/strong> d’une particule de spin \u00bd quantifie le couplage du spin \u00e0 un champ \u00e9lectrique appliqu\u00e9, de la m\u00eame fa\u00e7on que le moment magn\u00e9tique \u00b5<\/strong> correspond au couplage entre le spin et le champ magn\u00e9tique. La figure ci-dessous (a) d\u00e9crit l’\u00e9volution du spin dans le cas d’un EDM d<\/strong> non nul (ici, positif), et (b) est l’\u00e9volution obtenue \u00e0 partir de (a) en inversant le sens du temps.<\/p>\nFigure 1 : \u00e9volution du spin du neutron dans un champ \u00e9lectrique d\u00fb au couplage <\/em>\u00a0<\/em>\u00a0<\/p>\nIl s’agit d’un ph\u00e9nom\u00e8ne microscopique qui distingue le pass\u00e9 du futur. Ainsi, l’existence d’un EDM non nul serait la signature d’une violation de la sym\u00e9trie T, induite par une nouvelle interaction violant aussi la sym\u00e9trie CP. Depuis le d\u00e9but de la recherche de l’EDM du neutron dans les ann\u00e9es 1950, la pr\u00e9cision a \u00e9t\u00e9 am\u00e9lior\u00e9e par facteur un million. C’est en particulier l’utilisation de neutrons ultra-froids, que l’on stocker pendant plusieurs minutes, qui a permis une avanc\u00e9e d\u00e9cisive de la pr\u00e9cision. Malgr\u00e9 ces progr\u00e8s, toutes les mesures restent compatible avec z\u00e9ro.<\/p>\n
Le programme nEDM \u00e0 l’Institut Paul Scherrer (PSI) et le projet n2EDM<\/h3>\n
Depuis les ann\u00e9es 2000, l’\u00e9quipe UCN du LPSC participe \u00e0 la collaboration internationale nEDM qui conduit un programme pour mesurer l’EDM du neutron aupr\u00e8s de la source de neutrons ultrafroids du PSI<\/a> en Suisse.<\/p>\nFigure 2 : aiguilleur de neutron ultrafroid construit et test\u00e9 au LPSC avant son int\u00e9gration dans l’exp\u00e9rience n2EDM \u00e0 PSI<\/em><\/p>\n\u00a0<\/p>\n
La mesure consiste \u00e0 exposer des neutrons ultrafroids \u00e0 un fort champ \u00e9lectrique (en combinaison avec un faible champ magn\u00e9tique), et mesurer l’effet de ces champs sur le spin du neutron. Le champ magn\u00e9tique doit \u00eatre contr\u00f4l\u00e9 avec une pr\u00e9cision extr\u00eame, ce qui n\u00e9cessite des magn\u00e9tom\u00e8tres quantiques. La collaboration a exploit\u00e9 l’instrument nEDM jusqu’en 2017. L’analyse des donn\u00e9es a conduit \u00e0 la mesure la plus pr\u00e9cise de d’EDM du neutron (toujours compatible avec z\u00e9ro) d=(0\u00b11.1)\u00d710-26<\/sup>e.cm.<\/p>\nL’exp\u00e9rience de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration, n2EDM<\/a>, a \u00e9t\u00e9 install\u00e9e dans la p\u00e9riode 2018 – 2023. Actuellement, l’\u00e9quipe du LPSC participe activement \u00e0 la mise en route de n2EDM et l’exploitation de donn\u00e9es de ce nouvel instrument qui va permettre \u00e0 terme une mesure de l’EDM du neutron 10 fois plus pr\u00e9cise. Les services techniques du LPSC (SERM, SDI, Informatique) ont \u00e9t\u00e9 impliqu\u00e9s dans plusieurs d\u00e9veloppements techniques pour la ce projet.<\/p>\n\u00a0<\/em><\/p>\nExp\u00e9riences \u00e0 l’ILL<\/h2>\n
L’\u00e9quipe exploite aussi les neutrons ultra-froids produits par l’Institut Laue Langevin de Grenoble, en particulier aupr\u00e8s de l’instrument PF2 (Physique Fondamentale 2). Nous avons port\u00e9 un programme de trois exp\u00e9riences cherchant une forme de mati\u00e8re noire bien particuli\u00e8re : la mati\u00e8re miroir. Cette mati\u00e8re miroir serait compos\u00e9e d’une copie des particules connues. Ce type de mod\u00e8le permet de r\u00e9tablir la sym\u00e9trie de parit\u00e9 viol\u00e9e par les interactions faibles. \u00c9lectriquement neutre, le neutron serait une des rares particule \u00e0 pouvoir osciller en sa copie, le neutron miroir, sous certaines conditions exp\u00e9rimentales.<\/p>\n
Notre approche exp\u00e9rimentale consistait \u00e0 guider des neutrons sur 5 m\u00e8tres en essayant de produire les conditions exp\u00e9rimentales, en appliquant un champ magn\u00e9tique, pour que le neutron oscille et devienne un neutron miroir. Autrement dit, que le neutron disparaisse\u00a0!<\/p>\n
En choisissant des neutrons ultra-froids, nous avons pu avoir un guide tr\u00e8s efficace pour les neutrons et, profitant du fait que ces neutrons se d\u00e9placent tr\u00e8s lentement (1 \u00e0 10 m.s-1<\/sup>), nous avons pu les soumettre aux conditions exp\u00e9rimentales pendant plusieurs centaines de secondes.<\/p>\n<\/h3>\n
Figure 3 : Illustration de l’exp\u00e9rience de l’ILL par W. Saenz. On suit un neutron (en bleu) qui est guid\u00e9 depuis la source. Dans le champ magn\u00e9tique de la bobine (en vert) il oscille en un neutron miroir (en rouge). Ce neutron miroir s’\u00e9chappe du guide et n’atteindra jamais le d\u00e9tecteur en bout de guide.\u00a0<\/em><\/p>\nAvec une premi\u00e8re s\u00e9rie de deux exp\u00e9riences, nous avons explor\u00e9 une r\u00e9gion de masse o\u00f9 le neutron miroir aurait une masse l\u00e9g\u00e8rement diff\u00e9rente de cette du neutron de 2 \u00e0 69 peV sans observer d’oscillation plus rapide que 1s. Plus de d\u00e9tails ici\u00a0: https:\/\/journals.aps.org\/prl\/pdf\/10.1103\/PhysRevLett.131.191801<\/a><\/p>\nDans le cadre d’une troisi\u00e8me exp\u00e9rience, nous avons explor\u00e9 une nouvelle r\u00e9gion en masse, dans la quelle la diff\u00e9rence de masse entre le neutron et sa copie miroir pourrait atteindre 1500 peV.<\/p>\n
Nos coll\u00e8gues th\u00e9oriciens ne manquent pas d’imagination et pr\u00e9disent aussi que ces exp\u00e9riences permettent de tester l’existence de dimension suppl\u00e9mentaires dans l’univers. En effet une disparition de neutron peut aussi \u00eatre le signe que le neutron est \u00ab\u00a0pass\u00e9\u00a0\u00bb dans un autre brane disparaissant ainsi du brane o\u00f9 se trouve l’univers observable dans lequel nous nous trouvons.<\/p>\n
Notre collaboration avec l’ILL permet aussi de tester les d\u00e9veloppements techniques de notre \u00e9quipe comme le d\u00e9tecteur UCNBoX qui est un d\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position \u00e0 laquelle le neutron est entr\u00e9 dans le d\u00e9tecteur avec une pr\u00e9cision de 2 microns. Ce type de technologie permet de mesurer les\u00a0\u00e9tats quantiques gravitationnels du neutron en prenant en quelque sorte une photo de la fonction d’onde d’un neutron et ainsi d’\u00e9tudier les effets de la gravitation dans le monde microscopique. C’est l’objectif du programme exp\u00e9rimental \u00e0 venir\u00a0: L’\u00e9tude des niveaux d’\u00e9nergies quantifi\u00e9s de ce syst\u00e8me (induction de transitions r\u00e9sonnantes entre niveaux gr\u00e2ce \u00e0 un coupleur gravito-magn\u00e9tique) ainsi que celle de l’extension spatiale des fonctions d’onde (atteignant la dizaine de microm\u00e8tres) donne acc\u00e8s \u00e0 des observables uniques.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tLaboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M\n\t\t\t\t
<\/p>\n
Magn\u00e9tom\u00e9trie atomique<\/h2>\n
Le L4M (laboratoire pour la mesure du moment magn\u00e9tique du mercure) est une installation d\u00e9velopp\u00e9e depuis 2015 au sein du LPSC afin de r\u00e9aliser diverses \u00e9tudes autour de la magn\u00e9tom\u00e9trie atomique avec du mercure 199. Le mercure 199 est utilis\u00e9 dans l’exp\u00e9rience n2EDM pour contr\u00f4ler les variations temporelles du champ magn\u00e9tique au sein des chambres de pr\u00e9cession.<\/p>\n
Le projet phare est la mesure de rapport gyromagn\u00e9tique du mercure 199 relativement \u00e0 celui de l’h\u00e9lium 3, afin de r\u00e9duire une source d’erreur syst\u00e9matique de la mesure de l’EDM du neutron. D’autres \u00e9tudes portent sur diff\u00e9rents effets influant sur le temps de d\u00e9polarisation du mercure, les d\u00e9calages en fr\u00e9quence induits par la lumi\u00e8re et les propri\u00e9t\u00e9s d’absorption de la lumi\u00e8re par les atomes. Enfin le L4M sert \u00e9galement \u00e0 la caract\u00e9risation et \u00e0 l’optimisation de diff\u00e9rents \u00e9l\u00e9ments d\u00e9ploy\u00e9s dans l’exp\u00e9rience n2EDM.<\/p>\n
<\/p>\n
A gauche : Laser UV Toptica \u00e0 254 nm (quadrupleur de fr\u00e9quence); A droite : Le banc de remplissage de cellules optiques<\/em><\/p>\nL’installation inclut :<\/p>\n
\n- Un laser UV \u00e0 254nm, correspondant la transition 1<\/sup>S0<\/sub> vers 3<\/sup>P1<\/sub> du mercure 199, utilis\u00e9e pour polariser la vapeur de mercure par pompage optique.<\/li>\n
- Des lasers IR \u00e0 1083 nm, pour l’hyperpolarisation de l’h\u00e9lium 3 . Le pompage optique est effectu\u00e9 sur un \u00e9tat m\u00e9tastable de l’h\u00e9lium cr\u00e9\u00e9 par une d\u00e9charge et transmis par \u00e9change de m\u00e9tastabilit\u00e9 au fondamental (MEOP).<\/li>\n
- Un jeu de bobines de Helmoltz servant \u00e0 compenser le champ ambiant et imposer divers champs (jusqu’\u00e0 200\u00b5T dans le plan transverse au faisceau laser et 10mT sur l’axe) et gradients magn\u00e9tiques (quelques centaines de nT\/cm).<\/li>\n
- un banc de remplissage de cellules, permettant de contr\u00f4ler la quantit\u00e9 de mercure et de r\u00e9aliser des m\u00e9langes mercure-h\u00e9lium (ou autre gaz) \u00e0 diverses pression dans la gamme du millibar. Les cellules, en verre ou en quartz, sont au choix scell\u00e9es ou ferm\u00e9e par une vanne.<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0<\/em><\/p>\n<\/p>\n
<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tListes des th\u00e8ses\n\t\t\t\t
<\/p>\n
\n- \n
Th\u00e8ses<\/h3>\n<\/ul>\n\n- Thomas Bouillaud <\/strong>(2022, dir. G. Pignol) :\u00a0The internal magnetic field of the n2EDM experiment to probe CP symmetry : calculation of the magic field and control of non-uniformities<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Yinghao Xi <\/strong>(2021, dir. B. Cl\u00e9ment, A. Bes) : D\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Laura Ferrari-Bouchez <\/strong>(2020, dir. G. Pignol) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : correction de l’effet syst\u00e9matique du champ fant\u00f4me<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Yohan Kermaidic <\/strong>(2016, dir. D. Rebreyend) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : analyse de donn\u00e9es et d\u00e9veloppement autour du \u00b9\u2079\u2079Hg<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Damien Roulier <\/strong>(2015, dir B. Cl\u00e9ment, V.V. Nesvizhevsky) : Production et d\u00e9tection de neutrons ultra-froids pour le spectrom\u00e8tre GRANIT<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Mathieu Guigue<\/strong> (2015, dir G. Pignol) : \u00c0 la recherche de nouvelles forces avec l’h\u00e9lium 3 polaris\u00e9<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Stephanie Roccia<\/strong> (2009, dir. D. Rebreyend) : La co-magn\u00e9tom\u00e9trie mercure pour la mesure du moment \u00e9lectrique dipolaire du neutron : Optimisation et application au test de l’invariance de Lorentz<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Guillaume Pignol <\/strong>(2009, dir K. Protassov, V.V. Nesvizhevsky) : Pr\u00e9paration de l’exp\u00e9rience GRANIT et recherche de nouvelles interactions avec les neutrons.<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Habilitations \u00e0 Diriger les Recherches<\/h3>\n<\/ul>\n\n- \n
\n- St\u00e9phanie Roccia <\/strong>(2023)<\/li>\n
- Guillaume Pignol<\/strong> (2015)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tPublications\n\t\t\t\t
Collaboration nEDM\/n2EDM<\/h3>\n
L’ensemble des publications de la collaboration est disponible ici<\/a> . On peux mettre en avant deux publication r\u00e9centes o\u00f9 l’\u00e9quipe UCN\u00a0 du LPSC a contribu\u00e9 significativement :<\/p>\n\n- The n2EDM experiment at the Paul Scherrer Institute,<\/em> C.Abel et al., EPJ Web Conf. 219 (2019) 020002<\/li>\n
Postdoctorant(s)<\/h3>\n\n- Valentin Czamler : n2EDM, exp\u00e9riences ILL<\/li>\n<\/ul>\n
Doctorants<\/h3>\n\n- Morgan Ferry (n2EDM et L4M)<\/li>\n
- Katia Michielsen (n2EDM)<\/li>\n<\/ul>\n\t\t\t\t\t\t\tActivit\u00e9s scientifiques\n\t\t\t\t
Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron<\/h2>\nLa nouvelle physique \u00e0 l’origine de l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re<\/h3>\n
L’origine de l’asym\u00e9trie entre la mati\u00e8re et l’antimati\u00e8re dans l’Univers reste encore inexpliqu\u00e9e par le Mod\u00e8le Standard de la physique des particules. Pour satisfaire aux conditions de Sakharov, le processus microscopique \u00e0 l’\u0153uvre pendant la baryog\u00e9n\u00e8se – la phase hypoth\u00e9tique de l’Univers primordial qui a produit l’asym\u00e9trie – doit impliquer une nouvelle interaction violant la sym\u00e9trie CP. La sym\u00e9trie CP est la combinaison de la sym\u00e9trie de charge (C) et de la sym\u00e9trie de parit\u00e9 (P). Il existe actuellement trois types d’approches exp\u00e9rimentales pour sonder de nouvelles sources de violation de CP :<\/p>\n
\n- la recherche aupr\u00e8s des collisionneurs, en particulier avec les d\u00e9tecteurs LHCb et Belle 2<\/li>\n
- la recherche de violation de CP dans le ph\u00e9nom\u00e8ne d’oscillation des neutrinos avec DUNE, T2K et T2HK<\/li>\n
- la recherche de ph\u00e9nom\u00e8nes microscopiques violant la sym\u00e9trie de renversement du temps T. En effet le th\u00e9or\u00e8me CPT indique qu’une interaction violant T doit aussi violer la sym\u00e9trie CP.<\/li>\n<\/ul>\n
Le moment dipolaire \u00e9lectrique\u00a0(EDM) : une sonde de la sym\u00e9trie T<\/h3>\n
L’EDM d<\/strong> d’une particule de spin \u00bd quantifie le couplage du spin \u00e0 un champ \u00e9lectrique appliqu\u00e9, de la m\u00eame fa\u00e7on que le moment magn\u00e9tique \u00b5<\/strong> correspond au couplage entre le spin et le champ magn\u00e9tique. La figure ci-dessous (a) d\u00e9crit l’\u00e9volution du spin dans le cas d’un EDM d<\/strong> non nul (ici, positif), et (b) est l’\u00e9volution obtenue \u00e0 partir de (a) en inversant le sens du temps.<\/p>\nFigure 1 : \u00e9volution du spin du neutron dans un champ \u00e9lectrique d\u00fb au couplage <\/em>\u00a0<\/em>\u00a0<\/p>\nIl s’agit d’un ph\u00e9nom\u00e8ne microscopique qui distingue le pass\u00e9 du futur. Ainsi, l’existence d’un EDM non nul serait la signature d’une violation de la sym\u00e9trie T, induite par une nouvelle interaction violant aussi la sym\u00e9trie CP. Depuis le d\u00e9but de la recherche de l’EDM du neutron dans les ann\u00e9es 1950, la pr\u00e9cision a \u00e9t\u00e9 am\u00e9lior\u00e9e par facteur un million. C’est en particulier l’utilisation de neutrons ultra-froids, que l’on stocker pendant plusieurs minutes, qui a permis une avanc\u00e9e d\u00e9cisive de la pr\u00e9cision. Malgr\u00e9 ces progr\u00e8s, toutes les mesures restent compatible avec z\u00e9ro.<\/p>\n
Le programme nEDM \u00e0 l’Institut Paul Scherrer (PSI) et le projet n2EDM<\/h3>\n
Depuis les ann\u00e9es 2000, l’\u00e9quipe UCN du LPSC participe \u00e0 la collaboration internationale nEDM qui conduit un programme pour mesurer l’EDM du neutron aupr\u00e8s de la source de neutrons ultrafroids du PSI<\/a> en Suisse.<\/p>\nFigure 2 : aiguilleur de neutron ultrafroid construit et test\u00e9 au LPSC avant son int\u00e9gration dans l’exp\u00e9rience n2EDM \u00e0 PSI<\/em><\/p>\n\u00a0<\/p>\n
La mesure consiste \u00e0 exposer des neutrons ultrafroids \u00e0 un fort champ \u00e9lectrique (en combinaison avec un faible champ magn\u00e9tique), et mesurer l’effet de ces champs sur le spin du neutron. Le champ magn\u00e9tique doit \u00eatre contr\u00f4l\u00e9 avec une pr\u00e9cision extr\u00eame, ce qui n\u00e9cessite des magn\u00e9tom\u00e8tres quantiques. La collaboration a exploit\u00e9 l’instrument nEDM jusqu’en 2017. L’analyse des donn\u00e9es a conduit \u00e0 la mesure la plus pr\u00e9cise de d’EDM du neutron (toujours compatible avec z\u00e9ro) d=(0\u00b11.1)\u00d710-26<\/sup>e.cm.<\/p>\nL’exp\u00e9rience de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration, n2EDM<\/a>, a \u00e9t\u00e9 install\u00e9e dans la p\u00e9riode 2018 – 2023. Actuellement, l’\u00e9quipe du LPSC participe activement \u00e0 la mise en route de n2EDM et l’exploitation de donn\u00e9es de ce nouvel instrument qui va permettre \u00e0 terme une mesure de l’EDM du neutron 10 fois plus pr\u00e9cise. Les services techniques du LPSC (SERM, SDI, Informatique) ont \u00e9t\u00e9 impliqu\u00e9s dans plusieurs d\u00e9veloppements techniques pour la ce projet.<\/p>\n\u00a0<\/em><\/p>\nExp\u00e9riences \u00e0 l’ILL<\/h2>\n
L’\u00e9quipe exploite aussi les neutrons ultra-froids produits par l’Institut Laue Langevin de Grenoble, en particulier aupr\u00e8s de l’instrument PF2 (Physique Fondamentale 2). Nous avons port\u00e9 un programme de trois exp\u00e9riences cherchant une forme de mati\u00e8re noire bien particuli\u00e8re : la mati\u00e8re miroir. Cette mati\u00e8re miroir serait compos\u00e9e d’une copie des particules connues. Ce type de mod\u00e8le permet de r\u00e9tablir la sym\u00e9trie de parit\u00e9 viol\u00e9e par les interactions faibles. \u00c9lectriquement neutre, le neutron serait une des rares particule \u00e0 pouvoir osciller en sa copie, le neutron miroir, sous certaines conditions exp\u00e9rimentales.<\/p>\n
Notre approche exp\u00e9rimentale consistait \u00e0 guider des neutrons sur 5 m\u00e8tres en essayant de produire les conditions exp\u00e9rimentales, en appliquant un champ magn\u00e9tique, pour que le neutron oscille et devienne un neutron miroir. Autrement dit, que le neutron disparaisse\u00a0!<\/p>\n
En choisissant des neutrons ultra-froids, nous avons pu avoir un guide tr\u00e8s efficace pour les neutrons et, profitant du fait que ces neutrons se d\u00e9placent tr\u00e8s lentement (1 \u00e0 10 m.s-1<\/sup>), nous avons pu les soumettre aux conditions exp\u00e9rimentales pendant plusieurs centaines de secondes.<\/p>\n<\/h3>\n
Figure 3 : Illustration de l’exp\u00e9rience de l’ILL par W. Saenz. On suit un neutron (en bleu) qui est guid\u00e9 depuis la source. Dans le champ magn\u00e9tique de la bobine (en vert) il oscille en un neutron miroir (en rouge). Ce neutron miroir s’\u00e9chappe du guide et n’atteindra jamais le d\u00e9tecteur en bout de guide.\u00a0<\/em><\/p>\nAvec une premi\u00e8re s\u00e9rie de deux exp\u00e9riences, nous avons explor\u00e9 une r\u00e9gion de masse o\u00f9 le neutron miroir aurait une masse l\u00e9g\u00e8rement diff\u00e9rente de cette du neutron de 2 \u00e0 69 peV sans observer d’oscillation plus rapide que 1s. Plus de d\u00e9tails ici\u00a0: https:\/\/journals.aps.org\/prl\/pdf\/10.1103\/PhysRevLett.131.191801<\/a><\/p>\nDans le cadre d’une troisi\u00e8me exp\u00e9rience, nous avons explor\u00e9 une nouvelle r\u00e9gion en masse, dans la quelle la diff\u00e9rence de masse entre le neutron et sa copie miroir pourrait atteindre 1500 peV.<\/p>\n
Nos coll\u00e8gues th\u00e9oriciens ne manquent pas d’imagination et pr\u00e9disent aussi que ces exp\u00e9riences permettent de tester l’existence de dimension suppl\u00e9mentaires dans l’univers. En effet une disparition de neutron peut aussi \u00eatre le signe que le neutron est \u00ab\u00a0pass\u00e9\u00a0\u00bb dans un autre brane disparaissant ainsi du brane o\u00f9 se trouve l’univers observable dans lequel nous nous trouvons.<\/p>\n
Notre collaboration avec l’ILL permet aussi de tester les d\u00e9veloppements techniques de notre \u00e9quipe comme le d\u00e9tecteur UCNBoX qui est un d\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position \u00e0 laquelle le neutron est entr\u00e9 dans le d\u00e9tecteur avec une pr\u00e9cision de 2 microns. Ce type de technologie permet de mesurer les\u00a0\u00e9tats quantiques gravitationnels du neutron en prenant en quelque sorte une photo de la fonction d’onde d’un neutron et ainsi d’\u00e9tudier les effets de la gravitation dans le monde microscopique. C’est l’objectif du programme exp\u00e9rimental \u00e0 venir\u00a0: L’\u00e9tude des niveaux d’\u00e9nergies quantifi\u00e9s de ce syst\u00e8me (induction de transitions r\u00e9sonnantes entre niveaux gr\u00e2ce \u00e0 un coupleur gravito-magn\u00e9tique) ainsi que celle de l’extension spatiale des fonctions d’onde (atteignant la dizaine de microm\u00e8tres) donne acc\u00e8s \u00e0 des observables uniques.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tLaboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M\n\t\t\t\t
<\/p>\n
Magn\u00e9tom\u00e9trie atomique<\/h2>\n
Le L4M (laboratoire pour la mesure du moment magn\u00e9tique du mercure) est une installation d\u00e9velopp\u00e9e depuis 2015 au sein du LPSC afin de r\u00e9aliser diverses \u00e9tudes autour de la magn\u00e9tom\u00e9trie atomique avec du mercure 199. Le mercure 199 est utilis\u00e9 dans l’exp\u00e9rience n2EDM pour contr\u00f4ler les variations temporelles du champ magn\u00e9tique au sein des chambres de pr\u00e9cession.<\/p>\n
Le projet phare est la mesure de rapport gyromagn\u00e9tique du mercure 199 relativement \u00e0 celui de l’h\u00e9lium 3, afin de r\u00e9duire une source d’erreur syst\u00e9matique de la mesure de l’EDM du neutron. D’autres \u00e9tudes portent sur diff\u00e9rents effets influant sur le temps de d\u00e9polarisation du mercure, les d\u00e9calages en fr\u00e9quence induits par la lumi\u00e8re et les propri\u00e9t\u00e9s d’absorption de la lumi\u00e8re par les atomes. Enfin le L4M sert \u00e9galement \u00e0 la caract\u00e9risation et \u00e0 l’optimisation de diff\u00e9rents \u00e9l\u00e9ments d\u00e9ploy\u00e9s dans l’exp\u00e9rience n2EDM.<\/p>\n
<\/p>\n
A gauche : Laser UV Toptica \u00e0 254 nm (quadrupleur de fr\u00e9quence); A droite : Le banc de remplissage de cellules optiques<\/em><\/p>\nL’installation inclut :<\/p>\n
\n- Un laser UV \u00e0 254nm, correspondant la transition 1<\/sup>S0<\/sub> vers 3<\/sup>P1<\/sub> du mercure 199, utilis\u00e9e pour polariser la vapeur de mercure par pompage optique.<\/li>\n
- Des lasers IR \u00e0 1083 nm, pour l’hyperpolarisation de l’h\u00e9lium 3 . Le pompage optique est effectu\u00e9 sur un \u00e9tat m\u00e9tastable de l’h\u00e9lium cr\u00e9\u00e9 par une d\u00e9charge et transmis par \u00e9change de m\u00e9tastabilit\u00e9 au fondamental (MEOP).<\/li>\n
- Un jeu de bobines de Helmoltz servant \u00e0 compenser le champ ambiant et imposer divers champs (jusqu’\u00e0 200\u00b5T dans le plan transverse au faisceau laser et 10mT sur l’axe) et gradients magn\u00e9tiques (quelques centaines de nT\/cm).<\/li>\n
- un banc de remplissage de cellules, permettant de contr\u00f4ler la quantit\u00e9 de mercure et de r\u00e9aliser des m\u00e9langes mercure-h\u00e9lium (ou autre gaz) \u00e0 diverses pression dans la gamme du millibar. Les cellules, en verre ou en quartz, sont au choix scell\u00e9es ou ferm\u00e9e par une vanne.<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0<\/em><\/p>\n<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tListes des th\u00e8ses\n\t\t\t\t
<\/p>\n
\n- \n
Th\u00e8ses<\/h3>\n<\/ul>\n\n- Thomas Bouillaud <\/strong>(2022, dir. G. Pignol) :\u00a0The internal magnetic field of the n2EDM experiment to probe CP symmetry : calculation of the magic field and control of non-uniformities<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Yinghao Xi <\/strong>(2021, dir. B. Cl\u00e9ment, A. Bes) : D\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Laura Ferrari-Bouchez <\/strong>(2020, dir. G. Pignol) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : correction de l’effet syst\u00e9matique du champ fant\u00f4me<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Yohan Kermaidic <\/strong>(2016, dir. D. Rebreyend) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : analyse de donn\u00e9es et d\u00e9veloppement autour du \u00b9\u2079\u2079Hg<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Damien Roulier <\/strong>(2015, dir B. Cl\u00e9ment, V.V. Nesvizhevsky) : Production et d\u00e9tection de neutrons ultra-froids pour le spectrom\u00e8tre GRANIT<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Mathieu Guigue<\/strong> (2015, dir G. Pignol) : \u00c0 la recherche de nouvelles forces avec l’h\u00e9lium 3 polaris\u00e9<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Stephanie Roccia<\/strong> (2009, dir. D. Rebreyend) : La co-magn\u00e9tom\u00e9trie mercure pour la mesure du moment \u00e9lectrique dipolaire du neutron : Optimisation et application au test de l’invariance de Lorentz<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Guillaume Pignol <\/strong>(2009, dir K. Protassov, V.V. Nesvizhevsky) : Pr\u00e9paration de l’exp\u00e9rience GRANIT et recherche de nouvelles interactions avec les neutrons.<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Habilitations \u00e0 Diriger les Recherches<\/h3>\n<\/ul>\n\n- \n
\n- St\u00e9phanie Roccia <\/strong>(2023)<\/li>\n
- Guillaume Pignol<\/strong> (2015)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tPublications\n\t\t\t\t
Collaboration nEDM\/n2EDM<\/h3>\n
L’ensemble des publications de la collaboration est disponible ici<\/a> . On peux mettre en avant deux publication r\u00e9centes o\u00f9 l’\u00e9quipe UCN\u00a0 du LPSC a contribu\u00e9 significativement :<\/p>\n\n- The n2EDM experiment at the Paul Scherrer Institute,<\/em> C.Abel et al., EPJ Web Conf. 219 (2019) 020002<\/li>\n
- Measurement of the permanent electric dipole moment of the neutron<\/em>, C.Abel et al., Phys. Rev. Lett (2020)<\/li>\n<\/ul>\n
Laboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M<\/h3>\n\n- Determination of diffusion coefficients of mercury atoms in various gases from longitudinal spin relaxation in magnetic gradients<\/em>, B. Cl\u00e9ment et al, Phys.Rev.A 106 (2022)<\/li>\n<\/ul>\n
Exp\u00e9riences \u00e0 l’ILL<\/h3>\n
Oscillations neutron-neutrons miroir<\/p>\n
\n- Search for Neutron-to-Hidden-Neutron Oscillations in an Ultracold Neutron Beam<\/em>, G. Ban et al, Phys.Rev.Lett. 131 (2023)<\/li>\n<\/ul>\n
D\u00e9tecteurs UCN sensibles \u00e0 la position<\/p>\n
\n- C2D8: An eight channel CCD readout electronics dedicated to low energy neutron detection<\/em>, O. Bourrion, B. Clement, D. Tourres, G. Pignol, Y. Xi, D. Rebreyend, V.V. Nesvizhevsky, Nucl.Instrum.Meth. A880 (2018) 28-34<\/li>\n
- Boron-10 conversion layer for ultra-cold neutron detection, <\/em>B.Cl\u00e9ment et al., JINST 14 (2019) no.09, P09003<\/li>\n
- Spatial resolution determination of a position sensitive ultra-cold neutron detector<\/em>, B. Cl\u00e9ment et al, Nucl.Instrum.Meth. A1040 (2020) 167212<\/li>\n<\/ul>\n
Niveaux quantiques gravitationnels<\/p>\n
\n- Status of the GRANIT facility<\/em>, D. Roulier et al, Adv.High Energy Phys. 2015 (2015) 730437 special volume \u00ab\u00a0Quantum Gravitational spectroscopy\u00a0\u00bb<\/li>\n
- Design and test of a compact and high-resolution time-of-flight measurement device for cold neutron beams, <\/em>D.Roulier et al, Phys.Rev.Accel.Beams 22 (2019) no.3 032801<\/li>\n
- Manipulation of gravitational quantum states of a bouncing neutron with the GRANIT spectrometer, <\/em>B. Cl\u00e9ment et al., arXiv:2205.1113<\/li>\n<\/ul>\n
Recherches de nouvelles forces<\/p>\n
\n- Constraining short-range spin-dependent forces with polarized 3He, <\/em>M. Guigue et al., Phys. Rev. D 92, 114001 (2015)<\/li>\n
- Neutron Interferometry constrains dark energy chameleon fields<\/em>, H. Lemmel et al., Phys.Lett.B 743 (2015) 310-314<\/li>\n<\/ul>\n\t\t\t\t\t\t\tCalculateurs UCN\n\t\t\t\t
Propri\u00e9t\u00e9s des neutrons ultra-froid<\/a><\/h3>\nCalcul des potentiels de Fermi<\/a><\/h3>\n\n\n\n\t\t\t\t\n\n\t\t\tUCN\t<\/h2>\n\t
L’\u00e9quipe neutron ultrafroids d\u00e9veloppe un programme de recherche \u00e0 l’interface de la physique des particules et de la cosmologie visant \u00e0 \u00e9lucider certaines des grandes \u00e9nigmes de la physique contemporaine telles que l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re de l’Univers ou encore la nature de l’\u00e9nergie noire.<\/p>\n\t\t\t\tPr\u00e9sentation\n\t\t\t\t\u00c9quipe \n\t\t\t\tActivit\u00e9s scientifiques\n\t\t\t\tLaboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M\n\t\t\t\tListes des th\u00e8ses\n\t\t\t\tPublications\n\t\t\t\tCalculateurs UCN\n\t\t\t\t\t\t\tPr\u00e9sentation\n\t\t\t\t
<\/p>\n
L’\u00e9quipe UCN d\u00e9veloppe un programme de recherche \u00e0 l’interface de la physique des particules et de la cosmologie visant \u00e0 \u00e9lucider certaines des grandes \u00e9nigmes de la physique contemporaine telles que l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re de l’Univers ou encore la nature de l’\u00e9nergie noire. Dans ce but, nous effectuons des exp\u00e9riences de basse \u00e9nergie utilisant comme outil privil\u00e9gi\u00e9 les neutrons ultra-froids, connus sous le nom d’UCN (Ultra Cold Neutron). A l’heure actuelle, notre activit\u00e9 principale est la mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron \u00e0 l’Institut Paul Scherrer en Suisse au sein du projet n2EDM. Nous participons \u00e9galement \u00e0 des exp\u00e9riences ponctuelles \u00e0 l’Institut Laue Langevin, voisin du LPSC. Enfin nous avons construit au sein du LPSC un laboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie nucl\u00e9aire dans le but d’\u00e9tudier diff\u00e9rents effets syst\u00e9matiques dans le cadre de la mesure de l’EDM du neutron.<\/p>\n
<\/p>\n
Les neutrons ultrafroids<\/h3>\n
<\/p>\n
Le neutron est une particule tr\u00e8s p\u00e9n\u00e9trante car il n’a pas de charge \u00e9lectrique. Toutefois, dans certaines conditions, un neutron peut \u00eatre r\u00e9fl\u00e9chi par une surface, comme la lumi\u00e8re. Il s’agit l\u00e0 d’une manifestation de la dualit\u00e9 onde-corpuscule. Cette capacit\u00e9 \u00e0 rebondir sur une surface d\u00e9pend de la vitesse des neutrons. Les neutrons chauds, c’est-\u00e0-dire rapides, ne sont jamais r\u00e9fl\u00e9chis. Les neutrons froids, plus lents, peuvent \u00eatre r\u00e9fl\u00e9chis aux faibles angles d’incidence. Les neutrons ultrafroids, de vitesse inf\u00e9rieure \u00e0 30 km\/h, sont r\u00e9fl\u00e9chis \u00e0 tous les angles d’incidence pour certains mat\u00e9riaux.<\/p>\n
<\/p>\n <\/figure>\nLes neutrons ultrafroids peuvent \u00eatre stock\u00e9s dans des pi\u00e8ges mat\u00e9riels ou magn\u00e9tiques. Il est ainsi possible de maintenir un neutron, pour l’observer ou le manipuler, pendant toute sa dur\u00e9e de vie (en moyenne de 15 minutes). Des exp\u00e9riences utilisant des neutrons stock\u00e9s permettent en g\u00e9n\u00e9ral une sensibilit\u00e9 accrue, en comparaison avec les exp\u00e9riences utilisant un faisceau de neutrons. La mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron (exp\u00e9rience n2EDM) profite de cette sensibilit\u00e9 accrue. Du fait de leur faible vitesse, l’effet de la gravit\u00e9 est visible sur les neutrons ultrafroids. Un neutron avec une vitesse de 30 km\/h peut s’\u00e9lever de 3 m au plus avant de retomber sous l’effet de la pesanteur. Les neutrons ultrafroids permettent ainsi d’\u00e9tudier les effets de la gravitation dans le monde microscopique.<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\u00c9quipe \n\t\t\t\t
L’\u00e9quipe UCN est constitu\u00e9e de 4 enseignants-chercheurs UGA, d’un chercheur CNRS, d’un postdoctorant et de deux th\u00e9sards.<\/p>\n
Membres permanents<\/h3>\n\n- Benoit Cl\u00e9ment (MCF, Responsable \u00e9quipe) : laboratoire mercure, exp\u00e9riences ILL.<\/li>\n
- Guillaume Pignol (MCF) : n2EDM, laboratoire mercure, exp\u00e9riences ILL.<\/li>\n
- Konstantin Protassov (PR) : interaction antineutron-mati\u00e8re.<\/li>\n
- Dominique Rebreyend (DR) : n2EDM, laboratoire mercure.<\/li>\n
- St\u00e9phanie Roccia (MCF) : n2EDM, exp\u00e9riences ILL.<\/li>\n<\/ul>\n
Postdoctorant(s)<\/h3>\n\n- Valentin Czamler : n2EDM, exp\u00e9riences ILL<\/li>\n<\/ul>\n
Doctorants<\/h3>\n\n- Morgan Ferry (n2EDM et L4M)<\/li>\n
- Katia Michielsen (n2EDM)<\/li>\n<\/ul>\n\t\t\t\t\t\t\tActivit\u00e9s scientifiques\n\t\t\t\t
Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron<\/h2>\nLa nouvelle physique \u00e0 l’origine de l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re<\/h3>\n
L’origine de l’asym\u00e9trie entre la mati\u00e8re et l’antimati\u00e8re dans l’Univers reste encore inexpliqu\u00e9e par le Mod\u00e8le Standard de la physique des particules. Pour satisfaire aux conditions de Sakharov, le processus microscopique \u00e0 l’\u0153uvre pendant la baryog\u00e9n\u00e8se – la phase hypoth\u00e9tique de l’Univers primordial qui a produit l’asym\u00e9trie – doit impliquer une nouvelle interaction violant la sym\u00e9trie CP. La sym\u00e9trie CP est la combinaison de la sym\u00e9trie de charge (C) et de la sym\u00e9trie de parit\u00e9 (P). Il existe actuellement trois types d’approches exp\u00e9rimentales pour sonder de nouvelles sources de violation de CP :<\/p>\n
\n- la recherche aupr\u00e8s des collisionneurs, en particulier avec les d\u00e9tecteurs LHCb et Belle 2<\/li>\n
- la recherche de violation de CP dans le ph\u00e9nom\u00e8ne d’oscillation des neutrinos avec DUNE, T2K et T2HK<\/li>\n
- la recherche de ph\u00e9nom\u00e8nes microscopiques violant la sym\u00e9trie de renversement du temps T. En effet le th\u00e9or\u00e8me CPT indique qu’une interaction violant T doit aussi violer la sym\u00e9trie CP.<\/li>\n<\/ul>\n
Le moment dipolaire \u00e9lectrique\u00a0(EDM) : une sonde de la sym\u00e9trie T<\/h3>\n
L’EDM d<\/strong> d’une particule de spin \u00bd quantifie le couplage du spin \u00e0 un champ \u00e9lectrique appliqu\u00e9, de la m\u00eame fa\u00e7on que le moment magn\u00e9tique \u00b5<\/strong> correspond au couplage entre le spin et le champ magn\u00e9tique. La figure ci-dessous (a) d\u00e9crit l’\u00e9volution du spin dans le cas d’un EDM d<\/strong> non nul (ici, positif), et (b) est l’\u00e9volution obtenue \u00e0 partir de (a) en inversant le sens du temps.<\/p>\nFigure 1 : \u00e9volution du spin du neutron dans un champ \u00e9lectrique d\u00fb au couplage <\/em>\u00a0<\/em>\u00a0<\/p>\nIl s’agit d’un ph\u00e9nom\u00e8ne microscopique qui distingue le pass\u00e9 du futur. Ainsi, l’existence d’un EDM non nul serait la signature d’une violation de la sym\u00e9trie T, induite par une nouvelle interaction violant aussi la sym\u00e9trie CP. Depuis le d\u00e9but de la recherche de l’EDM du neutron dans les ann\u00e9es 1950, la pr\u00e9cision a \u00e9t\u00e9 am\u00e9lior\u00e9e par facteur un million. C’est en particulier l’utilisation de neutrons ultra-froids, que l’on stocker pendant plusieurs minutes, qui a permis une avanc\u00e9e d\u00e9cisive de la pr\u00e9cision. Malgr\u00e9 ces progr\u00e8s, toutes les mesures restent compatible avec z\u00e9ro.<\/p>\n
Le programme nEDM \u00e0 l’Institut Paul Scherrer (PSI) et le projet n2EDM<\/h3>\n
Depuis les ann\u00e9es 2000, l’\u00e9quipe UCN du LPSC participe \u00e0 la collaboration internationale nEDM qui conduit un programme pour mesurer l’EDM du neutron aupr\u00e8s de la source de neutrons ultrafroids du PSI<\/a> en Suisse.<\/p>\nFigure 2 : aiguilleur de neutron ultrafroid construit et test\u00e9 au LPSC avant son int\u00e9gration dans l’exp\u00e9rience n2EDM \u00e0 PSI<\/em><\/p>\n\u00a0<\/p>\n
La mesure consiste \u00e0 exposer des neutrons ultrafroids \u00e0 un fort champ \u00e9lectrique (en combinaison avec un faible champ magn\u00e9tique), et mesurer l’effet de ces champs sur le spin du neutron. Le champ magn\u00e9tique doit \u00eatre contr\u00f4l\u00e9 avec une pr\u00e9cision extr\u00eame, ce qui n\u00e9cessite des magn\u00e9tom\u00e8tres quantiques. La collaboration a exploit\u00e9 l’instrument nEDM jusqu’en 2017. L’analyse des donn\u00e9es a conduit \u00e0 la mesure la plus pr\u00e9cise de d’EDM du neutron (toujours compatible avec z\u00e9ro) d=(0\u00b11.1)\u00d710-26<\/sup>e.cm.<\/p>\nL’exp\u00e9rience de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration, n2EDM<\/a>, a \u00e9t\u00e9 install\u00e9e dans la p\u00e9riode 2018 – 2023. Actuellement, l’\u00e9quipe du LPSC participe activement \u00e0 la mise en route de n2EDM et l’exploitation de donn\u00e9es de ce nouvel instrument qui va permettre \u00e0 terme une mesure de l’EDM du neutron 10 fois plus pr\u00e9cise. Les services techniques du LPSC (SERM, SDI, Informatique) ont \u00e9t\u00e9 impliqu\u00e9s dans plusieurs d\u00e9veloppements techniques pour la ce projet.<\/p>\n\u00a0<\/em><\/p>\nExp\u00e9riences \u00e0 l’ILL<\/h2>\n
L’\u00e9quipe exploite aussi les neutrons ultra-froids produits par l’Institut Laue Langevin de Grenoble, en particulier aupr\u00e8s de l’instrument PF2 (Physique Fondamentale 2). Nous avons port\u00e9 un programme de trois exp\u00e9riences cherchant une forme de mati\u00e8re noire bien particuli\u00e8re : la mati\u00e8re miroir. Cette mati\u00e8re miroir serait compos\u00e9e d’une copie des particules connues. Ce type de mod\u00e8le permet de r\u00e9tablir la sym\u00e9trie de parit\u00e9 viol\u00e9e par les interactions faibles. \u00c9lectriquement neutre, le neutron serait une des rares particule \u00e0 pouvoir osciller en sa copie, le neutron miroir, sous certaines conditions exp\u00e9rimentales.<\/p>\n
Notre approche exp\u00e9rimentale consistait \u00e0 guider des neutrons sur 5 m\u00e8tres en essayant de produire les conditions exp\u00e9rimentales, en appliquant un champ magn\u00e9tique, pour que le neutron oscille et devienne un neutron miroir. Autrement dit, que le neutron disparaisse\u00a0!<\/p>\n
En choisissant des neutrons ultra-froids, nous avons pu avoir un guide tr\u00e8s efficace pour les neutrons et, profitant du fait que ces neutrons se d\u00e9placent tr\u00e8s lentement (1 \u00e0 10 m.s-1<\/sup>), nous avons pu les soumettre aux conditions exp\u00e9rimentales pendant plusieurs centaines de secondes.<\/p>\n<\/h3>\n
Figure 3 : Illustration de l’exp\u00e9rience de l’ILL par W. Saenz. On suit un neutron (en bleu) qui est guid\u00e9 depuis la source. Dans le champ magn\u00e9tique de la bobine (en vert) il oscille en un neutron miroir (en rouge). Ce neutron miroir s’\u00e9chappe du guide et n’atteindra jamais le d\u00e9tecteur en bout de guide.\u00a0<\/em><\/p>\nAvec une premi\u00e8re s\u00e9rie de deux exp\u00e9riences, nous avons explor\u00e9 une r\u00e9gion de masse o\u00f9 le neutron miroir aurait une masse l\u00e9g\u00e8rement diff\u00e9rente de cette du neutron de 2 \u00e0 69 peV sans observer d’oscillation plus rapide que 1s. Plus de d\u00e9tails ici\u00a0: https:\/\/journals.aps.org\/prl\/pdf\/10.1103\/PhysRevLett.131.191801<\/a><\/p>\nDans le cadre d’une troisi\u00e8me exp\u00e9rience, nous avons explor\u00e9 une nouvelle r\u00e9gion en masse, dans la quelle la diff\u00e9rence de masse entre le neutron et sa copie miroir pourrait atteindre 1500 peV.<\/p>\n
Nos coll\u00e8gues th\u00e9oriciens ne manquent pas d’imagination et pr\u00e9disent aussi que ces exp\u00e9riences permettent de tester l’existence de dimension suppl\u00e9mentaires dans l’univers. En effet une disparition de neutron peut aussi \u00eatre le signe que le neutron est \u00ab\u00a0pass\u00e9\u00a0\u00bb dans un autre brane disparaissant ainsi du brane o\u00f9 se trouve l’univers observable dans lequel nous nous trouvons.<\/p>\n
Notre collaboration avec l’ILL permet aussi de tester les d\u00e9veloppements techniques de notre \u00e9quipe comme le d\u00e9tecteur UCNBoX qui est un d\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position \u00e0 laquelle le neutron est entr\u00e9 dans le d\u00e9tecteur avec une pr\u00e9cision de 2 microns. Ce type de technologie permet de mesurer les\u00a0\u00e9tats quantiques gravitationnels du neutron en prenant en quelque sorte une photo de la fonction d’onde d’un neutron et ainsi d’\u00e9tudier les effets de la gravitation dans le monde microscopique. C’est l’objectif du programme exp\u00e9rimental \u00e0 venir\u00a0: L’\u00e9tude des niveaux d’\u00e9nergies quantifi\u00e9s de ce syst\u00e8me (induction de transitions r\u00e9sonnantes entre niveaux gr\u00e2ce \u00e0 un coupleur gravito-magn\u00e9tique) ainsi que celle de l’extension spatiale des fonctions d’onde (atteignant la dizaine de microm\u00e8tres) donne acc\u00e8s \u00e0 des observables uniques.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tLaboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M\n\t\t\t\t
<\/p>\n
Magn\u00e9tom\u00e9trie atomique<\/h2>\n
Le L4M (laboratoire pour la mesure du moment magn\u00e9tique du mercure) est une installation d\u00e9velopp\u00e9e depuis 2015 au sein du LPSC afin de r\u00e9aliser diverses \u00e9tudes autour de la magn\u00e9tom\u00e9trie atomique avec du mercure 199. Le mercure 199 est utilis\u00e9 dans l’exp\u00e9rience n2EDM pour contr\u00f4ler les variations temporelles du champ magn\u00e9tique au sein des chambres de pr\u00e9cession.<\/p>\n
Le projet phare est la mesure de rapport gyromagn\u00e9tique du mercure 199 relativement \u00e0 celui de l’h\u00e9lium 3, afin de r\u00e9duire une source d’erreur syst\u00e9matique de la mesure de l’EDM du neutron. D’autres \u00e9tudes portent sur diff\u00e9rents effets influant sur le temps de d\u00e9polarisation du mercure, les d\u00e9calages en fr\u00e9quence induits par la lumi\u00e8re et les propri\u00e9t\u00e9s d’absorption de la lumi\u00e8re par les atomes. Enfin le L4M sert \u00e9galement \u00e0 la caract\u00e9risation et \u00e0 l’optimisation de diff\u00e9rents \u00e9l\u00e9ments d\u00e9ploy\u00e9s dans l’exp\u00e9rience n2EDM.<\/p>\n
<\/p>\n
A gauche : Laser UV Toptica \u00e0 254 nm (quadrupleur de fr\u00e9quence); A droite : Le banc de remplissage de cellules optiques<\/em><\/p>\nL’installation inclut :<\/p>\n
\n- Un laser UV \u00e0 254nm, correspondant la transition 1<\/sup>S0<\/sub> vers 3<\/sup>P1<\/sub> du mercure 199, utilis\u00e9e pour polariser la vapeur de mercure par pompage optique.<\/li>\n
- Des lasers IR \u00e0 1083 nm, pour l’hyperpolarisation de l’h\u00e9lium 3 . Le pompage optique est effectu\u00e9 sur un \u00e9tat m\u00e9tastable de l’h\u00e9lium cr\u00e9\u00e9 par une d\u00e9charge et transmis par \u00e9change de m\u00e9tastabilit\u00e9 au fondamental (MEOP).<\/li>\n
- Un jeu de bobines de Helmoltz servant \u00e0 compenser le champ ambiant et imposer divers champs (jusqu’\u00e0 200\u00b5T dans le plan transverse au faisceau laser et 10mT sur l’axe) et gradients magn\u00e9tiques (quelques centaines de nT\/cm).<\/li>\n
- un banc de remplissage de cellules, permettant de contr\u00f4ler la quantit\u00e9 de mercure et de r\u00e9aliser des m\u00e9langes mercure-h\u00e9lium (ou autre gaz) \u00e0 diverses pression dans la gamme du millibar. Les cellules, en verre ou en quartz, sont au choix scell\u00e9es ou ferm\u00e9e par une vanne.<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0<\/em><\/p>\n<\/p>\n
<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tListes des th\u00e8ses\n\t\t\t\t
<\/p>\n
\n- \n
Th\u00e8ses<\/h3>\n<\/ul>\n\n- Thomas Bouillaud <\/strong>(2022, dir. G. Pignol) :\u00a0The internal magnetic field of the n2EDM experiment to probe CP symmetry : calculation of the magic field and control of non-uniformities<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Yinghao Xi <\/strong>(2021, dir. B. Cl\u00e9ment, A. Bes) : D\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Laura Ferrari-Bouchez <\/strong>(2020, dir. G. Pignol) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : correction de l’effet syst\u00e9matique du champ fant\u00f4me<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Yohan Kermaidic <\/strong>(2016, dir. D. Rebreyend) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : analyse de donn\u00e9es et d\u00e9veloppement autour du \u00b9\u2079\u2079Hg<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Damien Roulier <\/strong>(2015, dir B. Cl\u00e9ment, V.V. Nesvizhevsky) : Production et d\u00e9tection de neutrons ultra-froids pour le spectrom\u00e8tre GRANIT<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Mathieu Guigue<\/strong> (2015, dir G. Pignol) : \u00c0 la recherche de nouvelles forces avec l’h\u00e9lium 3 polaris\u00e9<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Stephanie Roccia<\/strong> (2009, dir. D. Rebreyend) : La co-magn\u00e9tom\u00e9trie mercure pour la mesure du moment \u00e9lectrique dipolaire du neutron : Optimisation et application au test de l’invariance de Lorentz<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Guillaume Pignol <\/strong>(2009, dir K. Protassov, V.V. Nesvizhevsky) : Pr\u00e9paration de l’exp\u00e9rience GRANIT et recherche de nouvelles interactions avec les neutrons.<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Habilitations \u00e0 Diriger les Recherches<\/h3>\n<\/ul>\n\n- \n
\n- St\u00e9phanie Roccia <\/strong>(2023)<\/li>\n
- Guillaume Pignol<\/strong> (2015)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tPublications\n\t\t\t\t
Collaboration nEDM\/n2EDM<\/h3>\n
L’ensemble des publications de la collaboration est disponible ici<\/a> . On peux mettre en avant deux publication r\u00e9centes o\u00f9 l’\u00e9quipe UCN\u00a0 du LPSC a contribu\u00e9 significativement :<\/p>\n\n- The n2EDM experiment at the Paul Scherrer Institute,<\/em> C.Abel et al., EPJ Web Conf. 219 (2019) 020002<\/li>\n
Doctorants<\/h3>\n\n- Morgan Ferry (n2EDM et L4M)<\/li>\n
- Katia Michielsen (n2EDM)<\/li>\n<\/ul>\n\t\t\t\t\t\t\tActivit\u00e9s scientifiques\n\t\t\t\t
Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron<\/h2>\nLa nouvelle physique \u00e0 l’origine de l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re<\/h3>\n
L’origine de l’asym\u00e9trie entre la mati\u00e8re et l’antimati\u00e8re dans l’Univers reste encore inexpliqu\u00e9e par le Mod\u00e8le Standard de la physique des particules. Pour satisfaire aux conditions de Sakharov, le processus microscopique \u00e0 l’\u0153uvre pendant la baryog\u00e9n\u00e8se – la phase hypoth\u00e9tique de l’Univers primordial qui a produit l’asym\u00e9trie – doit impliquer une nouvelle interaction violant la sym\u00e9trie CP. La sym\u00e9trie CP est la combinaison de la sym\u00e9trie de charge (C) et de la sym\u00e9trie de parit\u00e9 (P). Il existe actuellement trois types d’approches exp\u00e9rimentales pour sonder de nouvelles sources de violation de CP :<\/p>\n
\n- la recherche aupr\u00e8s des collisionneurs, en particulier avec les d\u00e9tecteurs LHCb et Belle 2<\/li>\n
- la recherche de violation de CP dans le ph\u00e9nom\u00e8ne d’oscillation des neutrinos avec DUNE, T2K et T2HK<\/li>\n
- la recherche de ph\u00e9nom\u00e8nes microscopiques violant la sym\u00e9trie de renversement du temps T. En effet le th\u00e9or\u00e8me CPT indique qu’une interaction violant T doit aussi violer la sym\u00e9trie CP.<\/li>\n<\/ul>\n
Le moment dipolaire \u00e9lectrique\u00a0(EDM) : une sonde de la sym\u00e9trie T<\/h3>\n
L’EDM d<\/strong> d’une particule de spin \u00bd quantifie le couplage du spin \u00e0 un champ \u00e9lectrique appliqu\u00e9, de la m\u00eame fa\u00e7on que le moment magn\u00e9tique \u00b5<\/strong> correspond au couplage entre le spin et le champ magn\u00e9tique. La figure ci-dessous (a) d\u00e9crit l’\u00e9volution du spin dans le cas d’un EDM d<\/strong> non nul (ici, positif), et (b) est l’\u00e9volution obtenue \u00e0 partir de (a) en inversant le sens du temps.<\/p>\nFigure 1 : \u00e9volution du spin du neutron dans un champ \u00e9lectrique d\u00fb au couplage <\/em>\u00a0<\/em>\u00a0<\/p>\nIl s’agit d’un ph\u00e9nom\u00e8ne microscopique qui distingue le pass\u00e9 du futur. Ainsi, l’existence d’un EDM non nul serait la signature d’une violation de la sym\u00e9trie T, induite par une nouvelle interaction violant aussi la sym\u00e9trie CP. Depuis le d\u00e9but de la recherche de l’EDM du neutron dans les ann\u00e9es 1950, la pr\u00e9cision a \u00e9t\u00e9 am\u00e9lior\u00e9e par facteur un million. C’est en particulier l’utilisation de neutrons ultra-froids, que l’on stocker pendant plusieurs minutes, qui a permis une avanc\u00e9e d\u00e9cisive de la pr\u00e9cision. Malgr\u00e9 ces progr\u00e8s, toutes les mesures restent compatible avec z\u00e9ro.<\/p>\n
Le programme nEDM \u00e0 l’Institut Paul Scherrer (PSI) et le projet n2EDM<\/h3>\n
Depuis les ann\u00e9es 2000, l’\u00e9quipe UCN du LPSC participe \u00e0 la collaboration internationale nEDM qui conduit un programme pour mesurer l’EDM du neutron aupr\u00e8s de la source de neutrons ultrafroids du PSI<\/a> en Suisse.<\/p>\nFigure 2 : aiguilleur de neutron ultrafroid construit et test\u00e9 au LPSC avant son int\u00e9gration dans l’exp\u00e9rience n2EDM \u00e0 PSI<\/em><\/p>\n\u00a0<\/p>\n
La mesure consiste \u00e0 exposer des neutrons ultrafroids \u00e0 un fort champ \u00e9lectrique (en combinaison avec un faible champ magn\u00e9tique), et mesurer l’effet de ces champs sur le spin du neutron. Le champ magn\u00e9tique doit \u00eatre contr\u00f4l\u00e9 avec une pr\u00e9cision extr\u00eame, ce qui n\u00e9cessite des magn\u00e9tom\u00e8tres quantiques. La collaboration a exploit\u00e9 l’instrument nEDM jusqu’en 2017. L’analyse des donn\u00e9es a conduit \u00e0 la mesure la plus pr\u00e9cise de d’EDM du neutron (toujours compatible avec z\u00e9ro) d=(0\u00b11.1)\u00d710-26<\/sup>e.cm.<\/p>\nL’exp\u00e9rience de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration, n2EDM<\/a>, a \u00e9t\u00e9 install\u00e9e dans la p\u00e9riode 2018 – 2023. Actuellement, l’\u00e9quipe du LPSC participe activement \u00e0 la mise en route de n2EDM et l’exploitation de donn\u00e9es de ce nouvel instrument qui va permettre \u00e0 terme une mesure de l’EDM du neutron 10 fois plus pr\u00e9cise. Les services techniques du LPSC (SERM, SDI, Informatique) ont \u00e9t\u00e9 impliqu\u00e9s dans plusieurs d\u00e9veloppements techniques pour la ce projet.<\/p>\n\u00a0<\/em><\/p>\nExp\u00e9riences \u00e0 l’ILL<\/h2>\n
L’\u00e9quipe exploite aussi les neutrons ultra-froids produits par l’Institut Laue Langevin de Grenoble, en particulier aupr\u00e8s de l’instrument PF2 (Physique Fondamentale 2). Nous avons port\u00e9 un programme de trois exp\u00e9riences cherchant une forme de mati\u00e8re noire bien particuli\u00e8re : la mati\u00e8re miroir. Cette mati\u00e8re miroir serait compos\u00e9e d’une copie des particules connues. Ce type de mod\u00e8le permet de r\u00e9tablir la sym\u00e9trie de parit\u00e9 viol\u00e9e par les interactions faibles. \u00c9lectriquement neutre, le neutron serait une des rares particule \u00e0 pouvoir osciller en sa copie, le neutron miroir, sous certaines conditions exp\u00e9rimentales.<\/p>\n
Notre approche exp\u00e9rimentale consistait \u00e0 guider des neutrons sur 5 m\u00e8tres en essayant de produire les conditions exp\u00e9rimentales, en appliquant un champ magn\u00e9tique, pour que le neutron oscille et devienne un neutron miroir. Autrement dit, que le neutron disparaisse\u00a0!<\/p>\n
En choisissant des neutrons ultra-froids, nous avons pu avoir un guide tr\u00e8s efficace pour les neutrons et, profitant du fait que ces neutrons se d\u00e9placent tr\u00e8s lentement (1 \u00e0 10 m.s-1<\/sup>), nous avons pu les soumettre aux conditions exp\u00e9rimentales pendant plusieurs centaines de secondes.<\/p>\n<\/h3>\n
Figure 3 : Illustration de l’exp\u00e9rience de l’ILL par W. Saenz. On suit un neutron (en bleu) qui est guid\u00e9 depuis la source. Dans le champ magn\u00e9tique de la bobine (en vert) il oscille en un neutron miroir (en rouge). Ce neutron miroir s’\u00e9chappe du guide et n’atteindra jamais le d\u00e9tecteur en bout de guide.\u00a0<\/em><\/p>\nAvec une premi\u00e8re s\u00e9rie de deux exp\u00e9riences, nous avons explor\u00e9 une r\u00e9gion de masse o\u00f9 le neutron miroir aurait une masse l\u00e9g\u00e8rement diff\u00e9rente de cette du neutron de 2 \u00e0 69 peV sans observer d’oscillation plus rapide que 1s. Plus de d\u00e9tails ici\u00a0: https:\/\/journals.aps.org\/prl\/pdf\/10.1103\/PhysRevLett.131.191801<\/a><\/p>\nDans le cadre d’une troisi\u00e8me exp\u00e9rience, nous avons explor\u00e9 une nouvelle r\u00e9gion en masse, dans la quelle la diff\u00e9rence de masse entre le neutron et sa copie miroir pourrait atteindre 1500 peV.<\/p>\n
Nos coll\u00e8gues th\u00e9oriciens ne manquent pas d’imagination et pr\u00e9disent aussi que ces exp\u00e9riences permettent de tester l’existence de dimension suppl\u00e9mentaires dans l’univers. En effet une disparition de neutron peut aussi \u00eatre le signe que le neutron est \u00ab\u00a0pass\u00e9\u00a0\u00bb dans un autre brane disparaissant ainsi du brane o\u00f9 se trouve l’univers observable dans lequel nous nous trouvons.<\/p>\n
Notre collaboration avec l’ILL permet aussi de tester les d\u00e9veloppements techniques de notre \u00e9quipe comme le d\u00e9tecteur UCNBoX qui est un d\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position \u00e0 laquelle le neutron est entr\u00e9 dans le d\u00e9tecteur avec une pr\u00e9cision de 2 microns. Ce type de technologie permet de mesurer les\u00a0\u00e9tats quantiques gravitationnels du neutron en prenant en quelque sorte une photo de la fonction d’onde d’un neutron et ainsi d’\u00e9tudier les effets de la gravitation dans le monde microscopique. C’est l’objectif du programme exp\u00e9rimental \u00e0 venir\u00a0: L’\u00e9tude des niveaux d’\u00e9nergies quantifi\u00e9s de ce syst\u00e8me (induction de transitions r\u00e9sonnantes entre niveaux gr\u00e2ce \u00e0 un coupleur gravito-magn\u00e9tique) ainsi que celle de l’extension spatiale des fonctions d’onde (atteignant la dizaine de microm\u00e8tres) donne acc\u00e8s \u00e0 des observables uniques.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tLaboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M\n\t\t\t\t
<\/p>\n
Magn\u00e9tom\u00e9trie atomique<\/h2>\n
Le L4M (laboratoire pour la mesure du moment magn\u00e9tique du mercure) est une installation d\u00e9velopp\u00e9e depuis 2015 au sein du LPSC afin de r\u00e9aliser diverses \u00e9tudes autour de la magn\u00e9tom\u00e9trie atomique avec du mercure 199. Le mercure 199 est utilis\u00e9 dans l’exp\u00e9rience n2EDM pour contr\u00f4ler les variations temporelles du champ magn\u00e9tique au sein des chambres de pr\u00e9cession.<\/p>\n
Le projet phare est la mesure de rapport gyromagn\u00e9tique du mercure 199 relativement \u00e0 celui de l’h\u00e9lium 3, afin de r\u00e9duire une source d’erreur syst\u00e9matique de la mesure de l’EDM du neutron. D’autres \u00e9tudes portent sur diff\u00e9rents effets influant sur le temps de d\u00e9polarisation du mercure, les d\u00e9calages en fr\u00e9quence induits par la lumi\u00e8re et les propri\u00e9t\u00e9s d’absorption de la lumi\u00e8re par les atomes. Enfin le L4M sert \u00e9galement \u00e0 la caract\u00e9risation et \u00e0 l’optimisation de diff\u00e9rents \u00e9l\u00e9ments d\u00e9ploy\u00e9s dans l’exp\u00e9rience n2EDM.<\/p>\n
<\/p>\n
A gauche : Laser UV Toptica \u00e0 254 nm (quadrupleur de fr\u00e9quence); A droite : Le banc de remplissage de cellules optiques<\/em><\/p>\nL’installation inclut :<\/p>\n
\n- Un laser UV \u00e0 254nm, correspondant la transition 1<\/sup>S0<\/sub> vers 3<\/sup>P1<\/sub> du mercure 199, utilis\u00e9e pour polariser la vapeur de mercure par pompage optique.<\/li>\n
- Des lasers IR \u00e0 1083 nm, pour l’hyperpolarisation de l’h\u00e9lium 3 . Le pompage optique est effectu\u00e9 sur un \u00e9tat m\u00e9tastable de l’h\u00e9lium cr\u00e9\u00e9 par une d\u00e9charge et transmis par \u00e9change de m\u00e9tastabilit\u00e9 au fondamental (MEOP).<\/li>\n
- Un jeu de bobines de Helmoltz servant \u00e0 compenser le champ ambiant et imposer divers champs (jusqu’\u00e0 200\u00b5T dans le plan transverse au faisceau laser et 10mT sur l’axe) et gradients magn\u00e9tiques (quelques centaines de nT\/cm).<\/li>\n
- un banc de remplissage de cellules, permettant de contr\u00f4ler la quantit\u00e9 de mercure et de r\u00e9aliser des m\u00e9langes mercure-h\u00e9lium (ou autre gaz) \u00e0 diverses pression dans la gamme du millibar. Les cellules, en verre ou en quartz, sont au choix scell\u00e9es ou ferm\u00e9e par une vanne.<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0<\/em><\/p>\n<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tListes des th\u00e8ses\n\t\t\t\t
<\/p>\n
\n- \n
Th\u00e8ses<\/h3>\n<\/ul>\n\n- Thomas Bouillaud <\/strong>(2022, dir. G. Pignol) :\u00a0The internal magnetic field of the n2EDM experiment to probe CP symmetry : calculation of the magic field and control of non-uniformities<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Yinghao Xi <\/strong>(2021, dir. B. Cl\u00e9ment, A. Bes) : D\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Laura Ferrari-Bouchez <\/strong>(2020, dir. G. Pignol) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : correction de l’effet syst\u00e9matique du champ fant\u00f4me<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Yohan Kermaidic <\/strong>(2016, dir. D. Rebreyend) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : analyse de donn\u00e9es et d\u00e9veloppement autour du \u00b9\u2079\u2079Hg<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Damien Roulier <\/strong>(2015, dir B. Cl\u00e9ment, V.V. Nesvizhevsky) : Production et d\u00e9tection de neutrons ultra-froids pour le spectrom\u00e8tre GRANIT<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Mathieu Guigue<\/strong> (2015, dir G. Pignol) : \u00c0 la recherche de nouvelles forces avec l’h\u00e9lium 3 polaris\u00e9<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Stephanie Roccia<\/strong> (2009, dir. D. Rebreyend) : La co-magn\u00e9tom\u00e9trie mercure pour la mesure du moment \u00e9lectrique dipolaire du neutron : Optimisation et application au test de l’invariance de Lorentz<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Guillaume Pignol <\/strong>(2009, dir K. Protassov, V.V. Nesvizhevsky) : Pr\u00e9paration de l’exp\u00e9rience GRANIT et recherche de nouvelles interactions avec les neutrons.<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Habilitations \u00e0 Diriger les Recherches<\/h3>\n<\/ul>\n\n- \n
\n- St\u00e9phanie Roccia <\/strong>(2023)<\/li>\n
- Guillaume Pignol<\/strong> (2015)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tPublications\n\t\t\t\t
Collaboration nEDM\/n2EDM<\/h3>\n
L’ensemble des publications de la collaboration est disponible ici<\/a> . On peux mettre en avant deux publication r\u00e9centes o\u00f9 l’\u00e9quipe UCN\u00a0 du LPSC a contribu\u00e9 significativement :<\/p>\n\n- The n2EDM experiment at the Paul Scherrer Institute,<\/em> C.Abel et al., EPJ Web Conf. 219 (2019) 020002<\/li>\n
- Measurement of the permanent electric dipole moment of the neutron<\/em>, C.Abel et al., Phys. Rev. Lett (2020)<\/li>\n<\/ul>\n
Laboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M<\/h3>\n\n- Determination of diffusion coefficients of mercury atoms in various gases from longitudinal spin relaxation in magnetic gradients<\/em>, B. Cl\u00e9ment et al, Phys.Rev.A 106 (2022)<\/li>\n<\/ul>\n
Exp\u00e9riences \u00e0 l’ILL<\/h3>\n
Oscillations neutron-neutrons miroir<\/p>\n
\n- Search for Neutron-to-Hidden-Neutron Oscillations in an Ultracold Neutron Beam<\/em>, G. Ban et al, Phys.Rev.Lett. 131 (2023)<\/li>\n<\/ul>\n
D\u00e9tecteurs UCN sensibles \u00e0 la position<\/p>\n
\n- C2D8: An eight channel CCD readout electronics dedicated to low energy neutron detection<\/em>, O. Bourrion, B. Clement, D. Tourres, G. Pignol, Y. Xi, D. Rebreyend, V.V. Nesvizhevsky, Nucl.Instrum.Meth. A880 (2018) 28-34<\/li>\n
- Boron-10 conversion layer for ultra-cold neutron detection, <\/em>B.Cl\u00e9ment et al., JINST 14 (2019) no.09, P09003<\/li>\n
- Spatial resolution determination of a position sensitive ultra-cold neutron detector<\/em>, B. Cl\u00e9ment et al, Nucl.Instrum.Meth. A1040 (2020) 167212<\/li>\n<\/ul>\n
Niveaux quantiques gravitationnels<\/p>\n
\n- Status of the GRANIT facility<\/em>, D. Roulier et al, Adv.High Energy Phys. 2015 (2015) 730437 special volume \u00ab\u00a0Quantum Gravitational spectroscopy\u00a0\u00bb<\/li>\n
- Design and test of a compact and high-resolution time-of-flight measurement device for cold neutron beams, <\/em>D.Roulier et al, Phys.Rev.Accel.Beams 22 (2019) no.3 032801<\/li>\n
- Manipulation of gravitational quantum states of a bouncing neutron with the GRANIT spectrometer, <\/em>B. Cl\u00e9ment et al., arXiv:2205.1113<\/li>\n<\/ul>\n
Recherches de nouvelles forces<\/p>\n
\n- Constraining short-range spin-dependent forces with polarized 3He, <\/em>M. Guigue et al., Phys. Rev. D 92, 114001 (2015)<\/li>\n
- Neutron Interferometry constrains dark energy chameleon fields<\/em>, H. Lemmel et al., Phys.Lett.B 743 (2015) 310-314<\/li>\n<\/ul>\n\t\t\t\t\t\t\tCalculateurs UCN\n\t\t\t\t
Propri\u00e9t\u00e9s des neutrons ultra-froid<\/a><\/h3>\nCalcul des potentiels de Fermi<\/a><\/h3>\n\n\n\n\t\t\t\t\n\n\t\t\tUCN\t<\/h2>\n\t
L’\u00e9quipe neutron ultrafroids d\u00e9veloppe un programme de recherche \u00e0 l’interface de la physique des particules et de la cosmologie visant \u00e0 \u00e9lucider certaines des grandes \u00e9nigmes de la physique contemporaine telles que l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re de l’Univers ou encore la nature de l’\u00e9nergie noire.<\/p>\n\t\t\t\tPr\u00e9sentation\n\t\t\t\t\u00c9quipe \n\t\t\t\tActivit\u00e9s scientifiques\n\t\t\t\tLaboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M\n\t\t\t\tListes des th\u00e8ses\n\t\t\t\tPublications\n\t\t\t\tCalculateurs UCN\n\t\t\t\t\t\t\tPr\u00e9sentation\n\t\t\t\t
<\/p>\n
L’\u00e9quipe UCN d\u00e9veloppe un programme de recherche \u00e0 l’interface de la physique des particules et de la cosmologie visant \u00e0 \u00e9lucider certaines des grandes \u00e9nigmes de la physique contemporaine telles que l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re de l’Univers ou encore la nature de l’\u00e9nergie noire. Dans ce but, nous effectuons des exp\u00e9riences de basse \u00e9nergie utilisant comme outil privil\u00e9gi\u00e9 les neutrons ultra-froids, connus sous le nom d’UCN (Ultra Cold Neutron). A l’heure actuelle, notre activit\u00e9 principale est la mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron \u00e0 l’Institut Paul Scherrer en Suisse au sein du projet n2EDM. Nous participons \u00e9galement \u00e0 des exp\u00e9riences ponctuelles \u00e0 l’Institut Laue Langevin, voisin du LPSC. Enfin nous avons construit au sein du LPSC un laboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie nucl\u00e9aire dans le but d’\u00e9tudier diff\u00e9rents effets syst\u00e9matiques dans le cadre de la mesure de l’EDM du neutron.<\/p>\n
<\/p>\n
Les neutrons ultrafroids<\/h3>\n
<\/p>\n
Le neutron est une particule tr\u00e8s p\u00e9n\u00e9trante car il n’a pas de charge \u00e9lectrique. Toutefois, dans certaines conditions, un neutron peut \u00eatre r\u00e9fl\u00e9chi par une surface, comme la lumi\u00e8re. Il s’agit l\u00e0 d’une manifestation de la dualit\u00e9 onde-corpuscule. Cette capacit\u00e9 \u00e0 rebondir sur une surface d\u00e9pend de la vitesse des neutrons. Les neutrons chauds, c’est-\u00e0-dire rapides, ne sont jamais r\u00e9fl\u00e9chis. Les neutrons froids, plus lents, peuvent \u00eatre r\u00e9fl\u00e9chis aux faibles angles d’incidence. Les neutrons ultrafroids, de vitesse inf\u00e9rieure \u00e0 30 km\/h, sont r\u00e9fl\u00e9chis \u00e0 tous les angles d’incidence pour certains mat\u00e9riaux.<\/p>\n
<\/p>\n <\/figure>\nLes neutrons ultrafroids peuvent \u00eatre stock\u00e9s dans des pi\u00e8ges mat\u00e9riels ou magn\u00e9tiques. Il est ainsi possible de maintenir un neutron, pour l’observer ou le manipuler, pendant toute sa dur\u00e9e de vie (en moyenne de 15 minutes). Des exp\u00e9riences utilisant des neutrons stock\u00e9s permettent en g\u00e9n\u00e9ral une sensibilit\u00e9 accrue, en comparaison avec les exp\u00e9riences utilisant un faisceau de neutrons. La mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron (exp\u00e9rience n2EDM) profite de cette sensibilit\u00e9 accrue. Du fait de leur faible vitesse, l’effet de la gravit\u00e9 est visible sur les neutrons ultrafroids. Un neutron avec une vitesse de 30 km\/h peut s’\u00e9lever de 3 m au plus avant de retomber sous l’effet de la pesanteur. Les neutrons ultrafroids permettent ainsi d’\u00e9tudier les effets de la gravitation dans le monde microscopique.<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\u00c9quipe \n\t\t\t\t
L’\u00e9quipe UCN est constitu\u00e9e de 4 enseignants-chercheurs UGA, d’un chercheur CNRS, d’un postdoctorant et de deux th\u00e9sards.<\/p>\n
Membres permanents<\/h3>\n\n- Benoit Cl\u00e9ment (MCF, Responsable \u00e9quipe) : laboratoire mercure, exp\u00e9riences ILL.<\/li>\n
- Guillaume Pignol (MCF) : n2EDM, laboratoire mercure, exp\u00e9riences ILL.<\/li>\n
- Konstantin Protassov (PR) : interaction antineutron-mati\u00e8re.<\/li>\n
- Dominique Rebreyend (DR) : n2EDM, laboratoire mercure.<\/li>\n
- St\u00e9phanie Roccia (MCF) : n2EDM, exp\u00e9riences ILL.<\/li>\n<\/ul>\n
Postdoctorant(s)<\/h3>\n\n- Valentin Czamler : n2EDM, exp\u00e9riences ILL<\/li>\n<\/ul>\n
Doctorants<\/h3>\n\n- Morgan Ferry (n2EDM et L4M)<\/li>\n
- Katia Michielsen (n2EDM)<\/li>\n<\/ul>\n\t\t\t\t\t\t\tActivit\u00e9s scientifiques\n\t\t\t\t
Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron<\/h2>\nLa nouvelle physique \u00e0 l’origine de l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re<\/h3>\n
L’origine de l’asym\u00e9trie entre la mati\u00e8re et l’antimati\u00e8re dans l’Univers reste encore inexpliqu\u00e9e par le Mod\u00e8le Standard de la physique des particules. Pour satisfaire aux conditions de Sakharov, le processus microscopique \u00e0 l’\u0153uvre pendant la baryog\u00e9n\u00e8se – la phase hypoth\u00e9tique de l’Univers primordial qui a produit l’asym\u00e9trie – doit impliquer une nouvelle interaction violant la sym\u00e9trie CP. La sym\u00e9trie CP est la combinaison de la sym\u00e9trie de charge (C) et de la sym\u00e9trie de parit\u00e9 (P). Il existe actuellement trois types d’approches exp\u00e9rimentales pour sonder de nouvelles sources de violation de CP :<\/p>\n
\n- la recherche aupr\u00e8s des collisionneurs, en particulier avec les d\u00e9tecteurs LHCb et Belle 2<\/li>\n
- la recherche de violation de CP dans le ph\u00e9nom\u00e8ne d’oscillation des neutrinos avec DUNE, T2K et T2HK<\/li>\n
- la recherche de ph\u00e9nom\u00e8nes microscopiques violant la sym\u00e9trie de renversement du temps T. En effet le th\u00e9or\u00e8me CPT indique qu’une interaction violant T doit aussi violer la sym\u00e9trie CP.<\/li>\n<\/ul>\n
Le moment dipolaire \u00e9lectrique\u00a0(EDM) : une sonde de la sym\u00e9trie T<\/h3>\n
L’EDM d<\/strong> d’une particule de spin \u00bd quantifie le couplage du spin \u00e0 un champ \u00e9lectrique appliqu\u00e9, de la m\u00eame fa\u00e7on que le moment magn\u00e9tique \u00b5<\/strong> correspond au couplage entre le spin et le champ magn\u00e9tique. La figure ci-dessous (a) d\u00e9crit l’\u00e9volution du spin dans le cas d’un EDM d<\/strong> non nul (ici, positif), et (b) est l’\u00e9volution obtenue \u00e0 partir de (a) en inversant le sens du temps.<\/p>\nFigure 1 : \u00e9volution du spin du neutron dans un champ \u00e9lectrique d\u00fb au couplage <\/em>\u00a0<\/em>\u00a0<\/p>\nIl s’agit d’un ph\u00e9nom\u00e8ne microscopique qui distingue le pass\u00e9 du futur. Ainsi, l’existence d’un EDM non nul serait la signature d’une violation de la sym\u00e9trie T, induite par une nouvelle interaction violant aussi la sym\u00e9trie CP. Depuis le d\u00e9but de la recherche de l’EDM du neutron dans les ann\u00e9es 1950, la pr\u00e9cision a \u00e9t\u00e9 am\u00e9lior\u00e9e par facteur un million. C’est en particulier l’utilisation de neutrons ultra-froids, que l’on stocker pendant plusieurs minutes, qui a permis une avanc\u00e9e d\u00e9cisive de la pr\u00e9cision. Malgr\u00e9 ces progr\u00e8s, toutes les mesures restent compatible avec z\u00e9ro.<\/p>\n
Le programme nEDM \u00e0 l’Institut Paul Scherrer (PSI) et le projet n2EDM<\/h3>\n
Depuis les ann\u00e9es 2000, l’\u00e9quipe UCN du LPSC participe \u00e0 la collaboration internationale nEDM qui conduit un programme pour mesurer l’EDM du neutron aupr\u00e8s de la source de neutrons ultrafroids du PSI<\/a> en Suisse.<\/p>\nFigure 2 : aiguilleur de neutron ultrafroid construit et test\u00e9 au LPSC avant son int\u00e9gration dans l’exp\u00e9rience n2EDM \u00e0 PSI<\/em><\/p>\n\u00a0<\/p>\n
La mesure consiste \u00e0 exposer des neutrons ultrafroids \u00e0 un fort champ \u00e9lectrique (en combinaison avec un faible champ magn\u00e9tique), et mesurer l’effet de ces champs sur le spin du neutron. Le champ magn\u00e9tique doit \u00eatre contr\u00f4l\u00e9 avec une pr\u00e9cision extr\u00eame, ce qui n\u00e9cessite des magn\u00e9tom\u00e8tres quantiques. La collaboration a exploit\u00e9 l’instrument nEDM jusqu’en 2017. L’analyse des donn\u00e9es a conduit \u00e0 la mesure la plus pr\u00e9cise de d’EDM du neutron (toujours compatible avec z\u00e9ro) d=(0\u00b11.1)\u00d710-26<\/sup>e.cm.<\/p>\nL’exp\u00e9rience de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration, n2EDM<\/a>, a \u00e9t\u00e9 install\u00e9e dans la p\u00e9riode 2018 – 2023. Actuellement, l’\u00e9quipe du LPSC participe activement \u00e0 la mise en route de n2EDM et l’exploitation de donn\u00e9es de ce nouvel instrument qui va permettre \u00e0 terme une mesure de l’EDM du neutron 10 fois plus pr\u00e9cise. Les services techniques du LPSC (SERM, SDI, Informatique) ont \u00e9t\u00e9 impliqu\u00e9s dans plusieurs d\u00e9veloppements techniques pour la ce projet.<\/p>\n\u00a0<\/em><\/p>\nExp\u00e9riences \u00e0 l’ILL<\/h2>\n
L’\u00e9quipe exploite aussi les neutrons ultra-froids produits par l’Institut Laue Langevin de Grenoble, en particulier aupr\u00e8s de l’instrument PF2 (Physique Fondamentale 2). Nous avons port\u00e9 un programme de trois exp\u00e9riences cherchant une forme de mati\u00e8re noire bien particuli\u00e8re : la mati\u00e8re miroir. Cette mati\u00e8re miroir serait compos\u00e9e d’une copie des particules connues. Ce type de mod\u00e8le permet de r\u00e9tablir la sym\u00e9trie de parit\u00e9 viol\u00e9e par les interactions faibles. \u00c9lectriquement neutre, le neutron serait une des rares particule \u00e0 pouvoir osciller en sa copie, le neutron miroir, sous certaines conditions exp\u00e9rimentales.<\/p>\n
Notre approche exp\u00e9rimentale consistait \u00e0 guider des neutrons sur 5 m\u00e8tres en essayant de produire les conditions exp\u00e9rimentales, en appliquant un champ magn\u00e9tique, pour que le neutron oscille et devienne un neutron miroir. Autrement dit, que le neutron disparaisse\u00a0!<\/p>\n
En choisissant des neutrons ultra-froids, nous avons pu avoir un guide tr\u00e8s efficace pour les neutrons et, profitant du fait que ces neutrons se d\u00e9placent tr\u00e8s lentement (1 \u00e0 10 m.s-1<\/sup>), nous avons pu les soumettre aux conditions exp\u00e9rimentales pendant plusieurs centaines de secondes.<\/p>\n<\/h3>\n
Figure 3 : Illustration de l’exp\u00e9rience de l’ILL par W. Saenz. On suit un neutron (en bleu) qui est guid\u00e9 depuis la source. Dans le champ magn\u00e9tique de la bobine (en vert) il oscille en un neutron miroir (en rouge). Ce neutron miroir s’\u00e9chappe du guide et n’atteindra jamais le d\u00e9tecteur en bout de guide.\u00a0<\/em><\/p>\nAvec une premi\u00e8re s\u00e9rie de deux exp\u00e9riences, nous avons explor\u00e9 une r\u00e9gion de masse o\u00f9 le neutron miroir aurait une masse l\u00e9g\u00e8rement diff\u00e9rente de cette du neutron de 2 \u00e0 69 peV sans observer d’oscillation plus rapide que 1s. Plus de d\u00e9tails ici\u00a0: https:\/\/journals.aps.org\/prl\/pdf\/10.1103\/PhysRevLett.131.191801<\/a><\/p>\nDans le cadre d’une troisi\u00e8me exp\u00e9rience, nous avons explor\u00e9 une nouvelle r\u00e9gion en masse, dans la quelle la diff\u00e9rence de masse entre le neutron et sa copie miroir pourrait atteindre 1500 peV.<\/p>\n
Nos coll\u00e8gues th\u00e9oriciens ne manquent pas d’imagination et pr\u00e9disent aussi que ces exp\u00e9riences permettent de tester l’existence de dimension suppl\u00e9mentaires dans l’univers. En effet une disparition de neutron peut aussi \u00eatre le signe que le neutron est \u00ab\u00a0pass\u00e9\u00a0\u00bb dans un autre brane disparaissant ainsi du brane o\u00f9 se trouve l’univers observable dans lequel nous nous trouvons.<\/p>\n
Notre collaboration avec l’ILL permet aussi de tester les d\u00e9veloppements techniques de notre \u00e9quipe comme le d\u00e9tecteur UCNBoX qui est un d\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position \u00e0 laquelle le neutron est entr\u00e9 dans le d\u00e9tecteur avec une pr\u00e9cision de 2 microns. Ce type de technologie permet de mesurer les\u00a0\u00e9tats quantiques gravitationnels du neutron en prenant en quelque sorte une photo de la fonction d’onde d’un neutron et ainsi d’\u00e9tudier les effets de la gravitation dans le monde microscopique. C’est l’objectif du programme exp\u00e9rimental \u00e0 venir\u00a0: L’\u00e9tude des niveaux d’\u00e9nergies quantifi\u00e9s de ce syst\u00e8me (induction de transitions r\u00e9sonnantes entre niveaux gr\u00e2ce \u00e0 un coupleur gravito-magn\u00e9tique) ainsi que celle de l’extension spatiale des fonctions d’onde (atteignant la dizaine de microm\u00e8tres) donne acc\u00e8s \u00e0 des observables uniques.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tLaboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M\n\t\t\t\t
<\/p>\n
Magn\u00e9tom\u00e9trie atomique<\/h2>\n
Le L4M (laboratoire pour la mesure du moment magn\u00e9tique du mercure) est une installation d\u00e9velopp\u00e9e depuis 2015 au sein du LPSC afin de r\u00e9aliser diverses \u00e9tudes autour de la magn\u00e9tom\u00e9trie atomique avec du mercure 199. Le mercure 199 est utilis\u00e9 dans l’exp\u00e9rience n2EDM pour contr\u00f4ler les variations temporelles du champ magn\u00e9tique au sein des chambres de pr\u00e9cession.<\/p>\n
Le projet phare est la mesure de rapport gyromagn\u00e9tique du mercure 199 relativement \u00e0 celui de l’h\u00e9lium 3, afin de r\u00e9duire une source d’erreur syst\u00e9matique de la mesure de l’EDM du neutron. D’autres \u00e9tudes portent sur diff\u00e9rents effets influant sur le temps de d\u00e9polarisation du mercure, les d\u00e9calages en fr\u00e9quence induits par la lumi\u00e8re et les propri\u00e9t\u00e9s d’absorption de la lumi\u00e8re par les atomes. Enfin le L4M sert \u00e9galement \u00e0 la caract\u00e9risation et \u00e0 l’optimisation de diff\u00e9rents \u00e9l\u00e9ments d\u00e9ploy\u00e9s dans l’exp\u00e9rience n2EDM.<\/p>\n
<\/p>\n
A gauche : Laser UV Toptica \u00e0 254 nm (quadrupleur de fr\u00e9quence); A droite : Le banc de remplissage de cellules optiques<\/em><\/p>\nL’installation inclut :<\/p>\n
\n- Un laser UV \u00e0 254nm, correspondant la transition 1<\/sup>S0<\/sub> vers 3<\/sup>P1<\/sub> du mercure 199, utilis\u00e9e pour polariser la vapeur de mercure par pompage optique.<\/li>\n
- Des lasers IR \u00e0 1083 nm, pour l’hyperpolarisation de l’h\u00e9lium 3 . Le pompage optique est effectu\u00e9 sur un \u00e9tat m\u00e9tastable de l’h\u00e9lium cr\u00e9\u00e9 par une d\u00e9charge et transmis par \u00e9change de m\u00e9tastabilit\u00e9 au fondamental (MEOP).<\/li>\n
- Un jeu de bobines de Helmoltz servant \u00e0 compenser le champ ambiant et imposer divers champs (jusqu’\u00e0 200\u00b5T dans le plan transverse au faisceau laser et 10mT sur l’axe) et gradients magn\u00e9tiques (quelques centaines de nT\/cm).<\/li>\n
- un banc de remplissage de cellules, permettant de contr\u00f4ler la quantit\u00e9 de mercure et de r\u00e9aliser des m\u00e9langes mercure-h\u00e9lium (ou autre gaz) \u00e0 diverses pression dans la gamme du millibar. Les cellules, en verre ou en quartz, sont au choix scell\u00e9es ou ferm\u00e9e par une vanne.<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0<\/em><\/p>\n<\/p>\n
<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tListes des th\u00e8ses\n\t\t\t\t
<\/p>\n
\n- \n
Th\u00e8ses<\/h3>\n<\/ul>\n\n- Thomas Bouillaud <\/strong>(2022, dir. G. Pignol) :\u00a0The internal magnetic field of the n2EDM experiment to probe CP symmetry : calculation of the magic field and control of non-uniformities<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Yinghao Xi <\/strong>(2021, dir. B. Cl\u00e9ment, A. Bes) : D\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Laura Ferrari-Bouchez <\/strong>(2020, dir. G. Pignol) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : correction de l’effet syst\u00e9matique du champ fant\u00f4me<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Yohan Kermaidic <\/strong>(2016, dir. D. Rebreyend) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : analyse de donn\u00e9es et d\u00e9veloppement autour du \u00b9\u2079\u2079Hg<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Damien Roulier <\/strong>(2015, dir B. Cl\u00e9ment, V.V. Nesvizhevsky) : Production et d\u00e9tection de neutrons ultra-froids pour le spectrom\u00e8tre GRANIT<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Mathieu Guigue<\/strong> (2015, dir G. Pignol) : \u00c0 la recherche de nouvelles forces avec l’h\u00e9lium 3 polaris\u00e9<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Stephanie Roccia<\/strong> (2009, dir. D. Rebreyend) : La co-magn\u00e9tom\u00e9trie mercure pour la mesure du moment \u00e9lectrique dipolaire du neutron : Optimisation et application au test de l’invariance de Lorentz<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
\n- \n
\n- Guillaume Pignol <\/strong>(2009, dir K. Protassov, V.V. Nesvizhevsky) : Pr\u00e9paration de l’exp\u00e9rience GRANIT et recherche de nouvelles interactions avec les neutrons.<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Habilitations \u00e0 Diriger les Recherches<\/h3>\n<\/ul>\n\n- \n
\n- St\u00e9phanie Roccia <\/strong>(2023)<\/li>\n
- Guillaume Pignol<\/strong> (2015)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tPublications\n\t\t\t\t
Collaboration nEDM\/n2EDM<\/h3>\n
L’ensemble des publications de la collaboration est disponible ici<\/a> . On peux mettre en avant deux publication r\u00e9centes o\u00f9 l’\u00e9quipe UCN\u00a0 du LPSC a contribu\u00e9 significativement :<\/p>\n\n- The n2EDM experiment at the Paul Scherrer Institute,<\/em> C.Abel et al., EPJ Web Conf. 219 (2019) 020002<\/li>\n
Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron<\/h2>\nLa nouvelle physique \u00e0 l’origine de l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re<\/h3>\n
L’origine de l’asym\u00e9trie entre la mati\u00e8re et l’antimati\u00e8re dans l’Univers reste encore inexpliqu\u00e9e par le Mod\u00e8le Standard de la physique des particules. Pour satisfaire aux conditions de Sakharov, le processus microscopique \u00e0 l’\u0153uvre pendant la baryog\u00e9n\u00e8se – la phase hypoth\u00e9tique de l’Univers primordial qui a produit l’asym\u00e9trie – doit impliquer une nouvelle interaction violant la sym\u00e9trie CP. La sym\u00e9trie CP est la combinaison de la sym\u00e9trie de charge (C) et de la sym\u00e9trie de parit\u00e9 (P). Il existe actuellement trois types d’approches exp\u00e9rimentales pour sonder de nouvelles sources de violation de CP :<\/p>\n
- \n
- la recherche aupr\u00e8s des collisionneurs, en particulier avec les d\u00e9tecteurs LHCb et Belle 2<\/li>\n
- la recherche de violation de CP dans le ph\u00e9nom\u00e8ne d’oscillation des neutrinos avec DUNE, T2K et T2HK<\/li>\n
- la recherche de ph\u00e9nom\u00e8nes microscopiques violant la sym\u00e9trie de renversement du temps T. En effet le th\u00e9or\u00e8me CPT indique qu’une interaction violant T doit aussi violer la sym\u00e9trie CP.<\/li>\n<\/ul>\n
Le moment dipolaire \u00e9lectrique\u00a0(EDM) : une sonde de la sym\u00e9trie T<\/h3>\n
L’EDM d<\/strong> d’une particule de spin \u00bd quantifie le couplage du spin \u00e0 un champ \u00e9lectrique appliqu\u00e9, de la m\u00eame fa\u00e7on que le moment magn\u00e9tique \u00b5<\/strong> correspond au couplage entre le spin et le champ magn\u00e9tique. La figure ci-dessous (a) d\u00e9crit l’\u00e9volution du spin dans le cas d’un EDM d<\/strong> non nul (ici, positif), et (b) est l’\u00e9volution obtenue \u00e0 partir de (a) en inversant le sens du temps.<\/p>\n
Figure 1 : \u00e9volution du spin du neutron dans un champ \u00e9lectrique d\u00fb au couplage <\/em>\u00a0<\/em>\u00a0<\/p>\nIl s’agit d’un ph\u00e9nom\u00e8ne microscopique qui distingue le pass\u00e9 du futur. Ainsi, l’existence d’un EDM non nul serait la signature d’une violation de la sym\u00e9trie T, induite par une nouvelle interaction violant aussi la sym\u00e9trie CP. Depuis le d\u00e9but de la recherche de l’EDM du neutron dans les ann\u00e9es 1950, la pr\u00e9cision a \u00e9t\u00e9 am\u00e9lior\u00e9e par facteur un million. C’est en particulier l’utilisation de neutrons ultra-froids, que l’on stocker pendant plusieurs minutes, qui a permis une avanc\u00e9e d\u00e9cisive de la pr\u00e9cision. Malgr\u00e9 ces progr\u00e8s, toutes les mesures restent compatible avec z\u00e9ro.<\/p>\n
Le programme nEDM \u00e0 l’Institut Paul Scherrer (PSI) et le projet n2EDM<\/h3>\n
Depuis les ann\u00e9es 2000, l’\u00e9quipe UCN du LPSC participe \u00e0 la collaboration internationale nEDM qui conduit un programme pour mesurer l’EDM du neutron aupr\u00e8s de la source de neutrons ultrafroids du PSI<\/a> en Suisse.<\/p>\n
Figure 2 : aiguilleur de neutron ultrafroid construit et test\u00e9 au LPSC avant son int\u00e9gration dans l’exp\u00e9rience n2EDM \u00e0 PSI<\/em><\/p>\n\u00a0<\/p>\n
La mesure consiste \u00e0 exposer des neutrons ultrafroids \u00e0 un fort champ \u00e9lectrique (en combinaison avec un faible champ magn\u00e9tique), et mesurer l’effet de ces champs sur le spin du neutron. Le champ magn\u00e9tique doit \u00eatre contr\u00f4l\u00e9 avec une pr\u00e9cision extr\u00eame, ce qui n\u00e9cessite des magn\u00e9tom\u00e8tres quantiques. La collaboration a exploit\u00e9 l’instrument nEDM jusqu’en 2017. L’analyse des donn\u00e9es a conduit \u00e0 la mesure la plus pr\u00e9cise de d’EDM du neutron (toujours compatible avec z\u00e9ro) d=(0\u00b11.1)\u00d710-26<\/sup>e.cm.<\/p>\n
L’exp\u00e9rience de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration, n2EDM<\/a>, a \u00e9t\u00e9 install\u00e9e dans la p\u00e9riode 2018 – 2023. Actuellement, l’\u00e9quipe du LPSC participe activement \u00e0 la mise en route de n2EDM et l’exploitation de donn\u00e9es de ce nouvel instrument qui va permettre \u00e0 terme une mesure de l’EDM du neutron 10 fois plus pr\u00e9cise. Les services techniques du LPSC (SERM, SDI, Informatique) ont \u00e9t\u00e9 impliqu\u00e9s dans plusieurs d\u00e9veloppements techniques pour la ce projet.<\/p>\n
\u00a0<\/em><\/p>\n
Exp\u00e9riences \u00e0 l’ILL<\/h2>\n
L’\u00e9quipe exploite aussi les neutrons ultra-froids produits par l’Institut Laue Langevin de Grenoble, en particulier aupr\u00e8s de l’instrument PF2 (Physique Fondamentale 2). Nous avons port\u00e9 un programme de trois exp\u00e9riences cherchant une forme de mati\u00e8re noire bien particuli\u00e8re : la mati\u00e8re miroir. Cette mati\u00e8re miroir serait compos\u00e9e d’une copie des particules connues. Ce type de mod\u00e8le permet de r\u00e9tablir la sym\u00e9trie de parit\u00e9 viol\u00e9e par les interactions faibles. \u00c9lectriquement neutre, le neutron serait une des rares particule \u00e0 pouvoir osciller en sa copie, le neutron miroir, sous certaines conditions exp\u00e9rimentales.<\/p>\n
Notre approche exp\u00e9rimentale consistait \u00e0 guider des neutrons sur 5 m\u00e8tres en essayant de produire les conditions exp\u00e9rimentales, en appliquant un champ magn\u00e9tique, pour que le neutron oscille et devienne un neutron miroir. Autrement dit, que le neutron disparaisse\u00a0!<\/p>\n
En choisissant des neutrons ultra-froids, nous avons pu avoir un guide tr\u00e8s efficace pour les neutrons et, profitant du fait que ces neutrons se d\u00e9placent tr\u00e8s lentement (1 \u00e0 10 m.s-1<\/sup>), nous avons pu les soumettre aux conditions exp\u00e9rimentales pendant plusieurs centaines de secondes.<\/p>\n
<\/h3>\nFigure 3 : Illustration de l’exp\u00e9rience de l’ILL par W. Saenz. On suit un neutron (en bleu) qui est guid\u00e9 depuis la source. Dans le champ magn\u00e9tique de la bobine (en vert) il oscille en un neutron miroir (en rouge). Ce neutron miroir s’\u00e9chappe du guide et n’atteindra jamais le d\u00e9tecteur en bout de guide.\u00a0<\/em><\/p>\n
Avec une premi\u00e8re s\u00e9rie de deux exp\u00e9riences, nous avons explor\u00e9 une r\u00e9gion de masse o\u00f9 le neutron miroir aurait une masse l\u00e9g\u00e8rement diff\u00e9rente de cette du neutron de 2 \u00e0 69 peV sans observer d’oscillation plus rapide que 1s. Plus de d\u00e9tails ici\u00a0: https:\/\/journals.aps.org\/prl\/pdf\/10.1103\/PhysRevLett.131.191801<\/a><\/p>\n
Dans le cadre d’une troisi\u00e8me exp\u00e9rience, nous avons explor\u00e9 une nouvelle r\u00e9gion en masse, dans la quelle la diff\u00e9rence de masse entre le neutron et sa copie miroir pourrait atteindre 1500 peV.<\/p>\n
Nos coll\u00e8gues th\u00e9oriciens ne manquent pas d’imagination et pr\u00e9disent aussi que ces exp\u00e9riences permettent de tester l’existence de dimension suppl\u00e9mentaires dans l’univers. En effet une disparition de neutron peut aussi \u00eatre le signe que le neutron est \u00ab\u00a0pass\u00e9\u00a0\u00bb dans un autre brane disparaissant ainsi du brane o\u00f9 se trouve l’univers observable dans lequel nous nous trouvons.<\/p>\n
Notre collaboration avec l’ILL permet aussi de tester les d\u00e9veloppements techniques de notre \u00e9quipe comme le d\u00e9tecteur UCNBoX qui est un d\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position \u00e0 laquelle le neutron est entr\u00e9 dans le d\u00e9tecteur avec une pr\u00e9cision de 2 microns. Ce type de technologie permet de mesurer les\u00a0\u00e9tats quantiques gravitationnels du neutron en prenant en quelque sorte une photo de la fonction d’onde d’un neutron et ainsi d’\u00e9tudier les effets de la gravitation dans le monde microscopique. C’est l’objectif du programme exp\u00e9rimental \u00e0 venir\u00a0: L’\u00e9tude des niveaux d’\u00e9nergies quantifi\u00e9s de ce syst\u00e8me (induction de transitions r\u00e9sonnantes entre niveaux gr\u00e2ce \u00e0 un coupleur gravito-magn\u00e9tique) ainsi que celle de l’extension spatiale des fonctions d’onde (atteignant la dizaine de microm\u00e8tres) donne acc\u00e8s \u00e0 des observables uniques.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tLaboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M\n\t\t\t\t
<\/p>\n
Magn\u00e9tom\u00e9trie atomique<\/h2>\n
Le L4M (laboratoire pour la mesure du moment magn\u00e9tique du mercure) est une installation d\u00e9velopp\u00e9e depuis 2015 au sein du LPSC afin de r\u00e9aliser diverses \u00e9tudes autour de la magn\u00e9tom\u00e9trie atomique avec du mercure 199. Le mercure 199 est utilis\u00e9 dans l’exp\u00e9rience n2EDM pour contr\u00f4ler les variations temporelles du champ magn\u00e9tique au sein des chambres de pr\u00e9cession.<\/p>\n
Le projet phare est la mesure de rapport gyromagn\u00e9tique du mercure 199 relativement \u00e0 celui de l’h\u00e9lium 3, afin de r\u00e9duire une source d’erreur syst\u00e9matique de la mesure de l’EDM du neutron. D’autres \u00e9tudes portent sur diff\u00e9rents effets influant sur le temps de d\u00e9polarisation du mercure, les d\u00e9calages en fr\u00e9quence induits par la lumi\u00e8re et les propri\u00e9t\u00e9s d’absorption de la lumi\u00e8re par les atomes. Enfin le L4M sert \u00e9galement \u00e0 la caract\u00e9risation et \u00e0 l’optimisation de diff\u00e9rents \u00e9l\u00e9ments d\u00e9ploy\u00e9s dans l’exp\u00e9rience n2EDM.<\/p>\n
<\/p>\nA gauche : Laser UV Toptica \u00e0 254 nm (quadrupleur de fr\u00e9quence); A droite : Le banc de remplissage de cellules optiques<\/em><\/p>\n
L’installation inclut :<\/p>\n
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- Un laser UV \u00e0 254nm, correspondant la transition 1<\/sup>S0<\/sub> vers 3<\/sup>P1<\/sub> du mercure 199, utilis\u00e9e pour polariser la vapeur de mercure par pompage optique.<\/li>\n
- Des lasers IR \u00e0 1083 nm, pour l’hyperpolarisation de l’h\u00e9lium 3 . Le pompage optique est effectu\u00e9 sur un \u00e9tat m\u00e9tastable de l’h\u00e9lium cr\u00e9\u00e9 par une d\u00e9charge et transmis par \u00e9change de m\u00e9tastabilit\u00e9 au fondamental (MEOP).<\/li>\n
- Un jeu de bobines de Helmoltz servant \u00e0 compenser le champ ambiant et imposer divers champs (jusqu’\u00e0 200\u00b5T dans le plan transverse au faisceau laser et 10mT sur l’axe) et gradients magn\u00e9tiques (quelques centaines de nT\/cm).<\/li>\n
- un banc de remplissage de cellules, permettant de contr\u00f4ler la quantit\u00e9 de mercure et de r\u00e9aliser des m\u00e9langes mercure-h\u00e9lium (ou autre gaz) \u00e0 diverses pression dans la gamme du millibar. Les cellules, en verre ou en quartz, sont au choix scell\u00e9es ou ferm\u00e9e par une vanne.<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0<\/em><\/p>\n
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Th\u00e8ses<\/h3>\n
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- Thomas Bouillaud <\/strong>(2022, dir. G. Pignol) :\u00a0The internal magnetic field of the n2EDM experiment to probe CP symmetry : calculation of the magic field and control of non-uniformities<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Yinghao Xi <\/strong>(2021, dir. B. Cl\u00e9ment, A. Bes) : D\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Laura Ferrari-Bouchez <\/strong>(2020, dir. G. Pignol) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : correction de l’effet syst\u00e9matique du champ fant\u00f4me<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Yohan Kermaidic <\/strong>(2016, dir. D. Rebreyend) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : analyse de donn\u00e9es et d\u00e9veloppement autour du \u00b9\u2079\u2079Hg<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Damien Roulier <\/strong>(2015, dir B. Cl\u00e9ment, V.V. Nesvizhevsky) : Production et d\u00e9tection de neutrons ultra-froids pour le spectrom\u00e8tre GRANIT<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Mathieu Guigue<\/strong> (2015, dir G. Pignol) : \u00c0 la recherche de nouvelles forces avec l’h\u00e9lium 3 polaris\u00e9<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Stephanie Roccia<\/strong> (2009, dir. D. Rebreyend) : La co-magn\u00e9tom\u00e9trie mercure pour la mesure du moment \u00e9lectrique dipolaire du neutron : Optimisation et application au test de l’invariance de Lorentz<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Guillaume Pignol <\/strong>(2009, dir K. Protassov, V.V. Nesvizhevsky) : Pr\u00e9paration de l’exp\u00e9rience GRANIT et recherche de nouvelles interactions avec les neutrons.<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Habilitations \u00e0 Diriger les Recherches<\/h3>\n
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- St\u00e9phanie Roccia <\/strong>(2023)<\/li>\n
- Guillaume Pignol<\/strong> (2015)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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Collaboration nEDM\/n2EDM<\/h3>\n
L’ensemble des publications de la collaboration est disponible ici<\/a> . On peux mettre en avant deux publication r\u00e9centes o\u00f9 l’\u00e9quipe UCN\u00a0 du LPSC a contribu\u00e9 significativement :<\/p>\n
- \n
- The n2EDM experiment at the Paul Scherrer Institute,<\/em> C.Abel et al., EPJ Web Conf. 219 (2019) 020002<\/li>\n
- Measurement of the permanent electric dipole moment of the neutron<\/em>, C.Abel et al., Phys. Rev. Lett (2020)<\/li>\n<\/ul>\n
Laboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M<\/h3>\n
- \n
- Determination of diffusion coefficients of mercury atoms in various gases from longitudinal spin relaxation in magnetic gradients<\/em>, B. Cl\u00e9ment et al, Phys.Rev.A 106 (2022)<\/li>\n<\/ul>\n
Exp\u00e9riences \u00e0 l’ILL<\/h3>\n
Oscillations neutron-neutrons miroir<\/p>\n
- \n
- Search for Neutron-to-Hidden-Neutron Oscillations in an Ultracold Neutron Beam<\/em>, G. Ban et al, Phys.Rev.Lett. 131 (2023)<\/li>\n<\/ul>\n
D\u00e9tecteurs UCN sensibles \u00e0 la position<\/p>\n
- \n
- C2D8: An eight channel CCD readout electronics dedicated to low energy neutron detection<\/em>, O. Bourrion, B. Clement, D. Tourres, G. Pignol, Y. Xi, D. Rebreyend, V.V. Nesvizhevsky, Nucl.Instrum.Meth. A880 (2018) 28-34<\/li>\n
- Boron-10 conversion layer for ultra-cold neutron detection, <\/em>B.Cl\u00e9ment et al., JINST 14 (2019) no.09, P09003<\/li>\n
- Spatial resolution determination of a position sensitive ultra-cold neutron detector<\/em>, B. Cl\u00e9ment et al, Nucl.Instrum.Meth. A1040 (2020) 167212<\/li>\n<\/ul>\n
Niveaux quantiques gravitationnels<\/p>\n
- \n
- Status of the GRANIT facility<\/em>, D. Roulier et al, Adv.High Energy Phys. 2015 (2015) 730437 special volume \u00ab\u00a0Quantum Gravitational spectroscopy\u00a0\u00bb<\/li>\n
- Design and test of a compact and high-resolution time-of-flight measurement device for cold neutron beams, <\/em>D.Roulier et al, Phys.Rev.Accel.Beams 22 (2019) no.3 032801<\/li>\n
- Manipulation of gravitational quantum states of a bouncing neutron with the GRANIT spectrometer, <\/em>B. Cl\u00e9ment et al., arXiv:2205.1113<\/li>\n<\/ul>\n
Recherches de nouvelles forces<\/p>\n
- \n
- Constraining short-range spin-dependent forces with polarized 3He, <\/em>M. Guigue et al., Phys. Rev. D 92, 114001 (2015)<\/li>\n
- Neutron Interferometry constrains dark energy chameleon fields<\/em>, H. Lemmel et al., Phys.Lett.B 743 (2015) 310-314<\/li>\n<\/ul>\n\t\t\t\t\t\t\tCalculateurs UCN\n\t\t\t\t
Propri\u00e9t\u00e9s des neutrons ultra-froid<\/a><\/h3>\n
Calcul des potentiels de Fermi<\/a><\/h3>\n\n\n\n\t\t\t\t
\n\n\t\t\tUCN\t<\/h2>\n\t
L’\u00e9quipe neutron ultrafroids d\u00e9veloppe un programme de recherche \u00e0 l’interface de la physique des particules et de la cosmologie visant \u00e0 \u00e9lucider certaines des grandes \u00e9nigmes de la physique contemporaine telles que l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re de l’Univers ou encore la nature de l’\u00e9nergie noire.<\/p>\n\t\t\t\tPr\u00e9sentation\n\t\t\t\t\u00c9quipe \n\t\t\t\tActivit\u00e9s scientifiques\n\t\t\t\tLaboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M\n\t\t\t\tListes des th\u00e8ses\n\t\t\t\tPublications\n\t\t\t\tCalculateurs UCN\n\t\t\t\t\t\t\tPr\u00e9sentation\n\t\t\t\t
<\/p>\n
L’\u00e9quipe UCN d\u00e9veloppe un programme de recherche \u00e0 l’interface de la physique des particules et de la cosmologie visant \u00e0 \u00e9lucider certaines des grandes \u00e9nigmes de la physique contemporaine telles que l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re de l’Univers ou encore la nature de l’\u00e9nergie noire. Dans ce but, nous effectuons des exp\u00e9riences de basse \u00e9nergie utilisant comme outil privil\u00e9gi\u00e9 les neutrons ultra-froids, connus sous le nom d’UCN (Ultra Cold Neutron). A l’heure actuelle, notre activit\u00e9 principale est la mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron \u00e0 l’Institut Paul Scherrer en Suisse au sein du projet n2EDM. Nous participons \u00e9galement \u00e0 des exp\u00e9riences ponctuelles \u00e0 l’Institut Laue Langevin, voisin du LPSC. Enfin nous avons construit au sein du LPSC un laboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie nucl\u00e9aire dans le but d’\u00e9tudier diff\u00e9rents effets syst\u00e9matiques dans le cadre de la mesure de l’EDM du neutron.<\/p>\n
<\/p>\n
Les neutrons ultrafroids<\/h3>\n
<\/p>\n
Le neutron est une particule tr\u00e8s p\u00e9n\u00e9trante car il n’a pas de charge \u00e9lectrique. Toutefois, dans certaines conditions, un neutron peut \u00eatre r\u00e9fl\u00e9chi par une surface, comme la lumi\u00e8re. Il s’agit l\u00e0 d’une manifestation de la dualit\u00e9 onde-corpuscule. Cette capacit\u00e9 \u00e0 rebondir sur une surface d\u00e9pend de la vitesse des neutrons. Les neutrons chauds, c’est-\u00e0-dire rapides, ne sont jamais r\u00e9fl\u00e9chis. Les neutrons froids, plus lents, peuvent \u00eatre r\u00e9fl\u00e9chis aux faibles angles d’incidence. Les neutrons ultrafroids, de vitesse inf\u00e9rieure \u00e0 30 km\/h, sont r\u00e9fl\u00e9chis \u00e0 tous les angles d’incidence pour certains mat\u00e9riaux.<\/p>\n
<\/p>\n
<\/figure>\nLes neutrons ultrafroids peuvent \u00eatre stock\u00e9s dans des pi\u00e8ges mat\u00e9riels ou magn\u00e9tiques. Il est ainsi possible de maintenir un neutron, pour l’observer ou le manipuler, pendant toute sa dur\u00e9e de vie (en moyenne de 15 minutes). Des exp\u00e9riences utilisant des neutrons stock\u00e9s permettent en g\u00e9n\u00e9ral une sensibilit\u00e9 accrue, en comparaison avec les exp\u00e9riences utilisant un faisceau de neutrons. La mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron (exp\u00e9rience n2EDM) profite de cette sensibilit\u00e9 accrue. Du fait de leur faible vitesse, l’effet de la gravit\u00e9 est visible sur les neutrons ultrafroids. Un neutron avec une vitesse de 30 km\/h peut s’\u00e9lever de 3 m au plus avant de retomber sous l’effet de la pesanteur. Les neutrons ultrafroids permettent ainsi d’\u00e9tudier les effets de la gravitation dans le monde microscopique.<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\u00c9quipe \n\t\t\t\t
L’\u00e9quipe UCN est constitu\u00e9e de 4 enseignants-chercheurs UGA, d’un chercheur CNRS, d’un postdoctorant et de deux th\u00e9sards.<\/p>\n
Membres permanents<\/h3>\n
- \n
- Benoit Cl\u00e9ment (MCF, Responsable \u00e9quipe) : laboratoire mercure, exp\u00e9riences ILL.<\/li>\n
- Guillaume Pignol (MCF) : n2EDM, laboratoire mercure, exp\u00e9riences ILL.<\/li>\n
- Konstantin Protassov (PR) : interaction antineutron-mati\u00e8re.<\/li>\n
- Dominique Rebreyend (DR) : n2EDM, laboratoire mercure.<\/li>\n
- St\u00e9phanie Roccia (MCF) : n2EDM, exp\u00e9riences ILL.<\/li>\n<\/ul>\n
Postdoctorant(s)<\/h3>\n
- \n
- Valentin Czamler : n2EDM, exp\u00e9riences ILL<\/li>\n<\/ul>\n
Doctorants<\/h3>\n
- \n
- Morgan Ferry (n2EDM et L4M)<\/li>\n
- Katia Michielsen (n2EDM)<\/li>\n<\/ul>\n\t\t\t\t\t\t\tActivit\u00e9s scientifiques\n\t\t\t\t
Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron<\/h2>\n
La nouvelle physique \u00e0 l’origine de l’asym\u00e9trie mati\u00e8re-antimati\u00e8re<\/h3>\n
L’origine de l’asym\u00e9trie entre la mati\u00e8re et l’antimati\u00e8re dans l’Univers reste encore inexpliqu\u00e9e par le Mod\u00e8le Standard de la physique des particules. Pour satisfaire aux conditions de Sakharov, le processus microscopique \u00e0 l’\u0153uvre pendant la baryog\u00e9n\u00e8se – la phase hypoth\u00e9tique de l’Univers primordial qui a produit l’asym\u00e9trie – doit impliquer une nouvelle interaction violant la sym\u00e9trie CP. La sym\u00e9trie CP est la combinaison de la sym\u00e9trie de charge (C) et de la sym\u00e9trie de parit\u00e9 (P). Il existe actuellement trois types d’approches exp\u00e9rimentales pour sonder de nouvelles sources de violation de CP :<\/p>\n
- \n
- la recherche aupr\u00e8s des collisionneurs, en particulier avec les d\u00e9tecteurs LHCb et Belle 2<\/li>\n
- la recherche de violation de CP dans le ph\u00e9nom\u00e8ne d’oscillation des neutrinos avec DUNE, T2K et T2HK<\/li>\n
- la recherche de ph\u00e9nom\u00e8nes microscopiques violant la sym\u00e9trie de renversement du temps T. En effet le th\u00e9or\u00e8me CPT indique qu’une interaction violant T doit aussi violer la sym\u00e9trie CP.<\/li>\n<\/ul>\n
Le moment dipolaire \u00e9lectrique\u00a0(EDM) : une sonde de la sym\u00e9trie T<\/h3>\n
L’EDM d<\/strong> d’une particule de spin \u00bd quantifie le couplage du spin \u00e0 un champ \u00e9lectrique appliqu\u00e9, de la m\u00eame fa\u00e7on que le moment magn\u00e9tique \u00b5<\/strong> correspond au couplage entre le spin et le champ magn\u00e9tique. La figure ci-dessous (a) d\u00e9crit l’\u00e9volution du spin dans le cas d’un EDM d<\/strong> non nul (ici, positif), et (b) est l’\u00e9volution obtenue \u00e0 partir de (a) en inversant le sens du temps.<\/p>\n
Figure 1 : \u00e9volution du spin du neutron dans un champ \u00e9lectrique d\u00fb au couplage <\/em>\u00a0<\/em>\u00a0<\/p>\nIl s’agit d’un ph\u00e9nom\u00e8ne microscopique qui distingue le pass\u00e9 du futur. Ainsi, l’existence d’un EDM non nul serait la signature d’une violation de la sym\u00e9trie T, induite par une nouvelle interaction violant aussi la sym\u00e9trie CP. Depuis le d\u00e9but de la recherche de l’EDM du neutron dans les ann\u00e9es 1950, la pr\u00e9cision a \u00e9t\u00e9 am\u00e9lior\u00e9e par facteur un million. C’est en particulier l’utilisation de neutrons ultra-froids, que l’on stocker pendant plusieurs minutes, qui a permis une avanc\u00e9e d\u00e9cisive de la pr\u00e9cision. Malgr\u00e9 ces progr\u00e8s, toutes les mesures restent compatible avec z\u00e9ro.<\/p>\n
Le programme nEDM \u00e0 l’Institut Paul Scherrer (PSI) et le projet n2EDM<\/h3>\n
Depuis les ann\u00e9es 2000, l’\u00e9quipe UCN du LPSC participe \u00e0 la collaboration internationale nEDM qui conduit un programme pour mesurer l’EDM du neutron aupr\u00e8s de la source de neutrons ultrafroids du PSI<\/a> en Suisse.<\/p>\n
Figure 2 : aiguilleur de neutron ultrafroid construit et test\u00e9 au LPSC avant son int\u00e9gration dans l’exp\u00e9rience n2EDM \u00e0 PSI<\/em><\/p>\n\u00a0<\/p>\n
La mesure consiste \u00e0 exposer des neutrons ultrafroids \u00e0 un fort champ \u00e9lectrique (en combinaison avec un faible champ magn\u00e9tique), et mesurer l’effet de ces champs sur le spin du neutron. Le champ magn\u00e9tique doit \u00eatre contr\u00f4l\u00e9 avec une pr\u00e9cision extr\u00eame, ce qui n\u00e9cessite des magn\u00e9tom\u00e8tres quantiques. La collaboration a exploit\u00e9 l’instrument nEDM jusqu’en 2017. L’analyse des donn\u00e9es a conduit \u00e0 la mesure la plus pr\u00e9cise de d’EDM du neutron (toujours compatible avec z\u00e9ro) d=(0\u00b11.1)\u00d710-26<\/sup>e.cm.<\/p>\n
L’exp\u00e9rience de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration, n2EDM<\/a>, a \u00e9t\u00e9 install\u00e9e dans la p\u00e9riode 2018 – 2023. Actuellement, l’\u00e9quipe du LPSC participe activement \u00e0 la mise en route de n2EDM et l’exploitation de donn\u00e9es de ce nouvel instrument qui va permettre \u00e0 terme une mesure de l’EDM du neutron 10 fois plus pr\u00e9cise. Les services techniques du LPSC (SERM, SDI, Informatique) ont \u00e9t\u00e9 impliqu\u00e9s dans plusieurs d\u00e9veloppements techniques pour la ce projet.<\/p>\n
\u00a0<\/em><\/p>\n
Exp\u00e9riences \u00e0 l’ILL<\/h2>\n
L’\u00e9quipe exploite aussi les neutrons ultra-froids produits par l’Institut Laue Langevin de Grenoble, en particulier aupr\u00e8s de l’instrument PF2 (Physique Fondamentale 2). Nous avons port\u00e9 un programme de trois exp\u00e9riences cherchant une forme de mati\u00e8re noire bien particuli\u00e8re : la mati\u00e8re miroir. Cette mati\u00e8re miroir serait compos\u00e9e d’une copie des particules connues. Ce type de mod\u00e8le permet de r\u00e9tablir la sym\u00e9trie de parit\u00e9 viol\u00e9e par les interactions faibles. \u00c9lectriquement neutre, le neutron serait une des rares particule \u00e0 pouvoir osciller en sa copie, le neutron miroir, sous certaines conditions exp\u00e9rimentales.<\/p>\n
Notre approche exp\u00e9rimentale consistait \u00e0 guider des neutrons sur 5 m\u00e8tres en essayant de produire les conditions exp\u00e9rimentales, en appliquant un champ magn\u00e9tique, pour que le neutron oscille et devienne un neutron miroir. Autrement dit, que le neutron disparaisse\u00a0!<\/p>\n
En choisissant des neutrons ultra-froids, nous avons pu avoir un guide tr\u00e8s efficace pour les neutrons et, profitant du fait que ces neutrons se d\u00e9placent tr\u00e8s lentement (1 \u00e0 10 m.s-1<\/sup>), nous avons pu les soumettre aux conditions exp\u00e9rimentales pendant plusieurs centaines de secondes.<\/p>\n
<\/h3>\nFigure 3 : Illustration de l’exp\u00e9rience de l’ILL par W. Saenz. On suit un neutron (en bleu) qui est guid\u00e9 depuis la source. Dans le champ magn\u00e9tique de la bobine (en vert) il oscille en un neutron miroir (en rouge). Ce neutron miroir s’\u00e9chappe du guide et n’atteindra jamais le d\u00e9tecteur en bout de guide.\u00a0<\/em><\/p>\n
Avec une premi\u00e8re s\u00e9rie de deux exp\u00e9riences, nous avons explor\u00e9 une r\u00e9gion de masse o\u00f9 le neutron miroir aurait une masse l\u00e9g\u00e8rement diff\u00e9rente de cette du neutron de 2 \u00e0 69 peV sans observer d’oscillation plus rapide que 1s. Plus de d\u00e9tails ici\u00a0: https:\/\/journals.aps.org\/prl\/pdf\/10.1103\/PhysRevLett.131.191801<\/a><\/p>\n
Dans le cadre d’une troisi\u00e8me exp\u00e9rience, nous avons explor\u00e9 une nouvelle r\u00e9gion en masse, dans la quelle la diff\u00e9rence de masse entre le neutron et sa copie miroir pourrait atteindre 1500 peV.<\/p>\n
Nos coll\u00e8gues th\u00e9oriciens ne manquent pas d’imagination et pr\u00e9disent aussi que ces exp\u00e9riences permettent de tester l’existence de dimension suppl\u00e9mentaires dans l’univers. En effet une disparition de neutron peut aussi \u00eatre le signe que le neutron est \u00ab\u00a0pass\u00e9\u00a0\u00bb dans un autre brane disparaissant ainsi du brane o\u00f9 se trouve l’univers observable dans lequel nous nous trouvons.<\/p>\n
Notre collaboration avec l’ILL permet aussi de tester les d\u00e9veloppements techniques de notre \u00e9quipe comme le d\u00e9tecteur UCNBoX qui est un d\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position \u00e0 laquelle le neutron est entr\u00e9 dans le d\u00e9tecteur avec une pr\u00e9cision de 2 microns. Ce type de technologie permet de mesurer les\u00a0\u00e9tats quantiques gravitationnels du neutron en prenant en quelque sorte une photo de la fonction d’onde d’un neutron et ainsi d’\u00e9tudier les effets de la gravitation dans le monde microscopique. C’est l’objectif du programme exp\u00e9rimental \u00e0 venir\u00a0: L’\u00e9tude des niveaux d’\u00e9nergies quantifi\u00e9s de ce syst\u00e8me (induction de transitions r\u00e9sonnantes entre niveaux gr\u00e2ce \u00e0 un coupleur gravito-magn\u00e9tique) ainsi que celle de l’extension spatiale des fonctions d’onde (atteignant la dizaine de microm\u00e8tres) donne acc\u00e8s \u00e0 des observables uniques.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tLaboratoire de magn\u00e9tom\u00e9trie L4M\n\t\t\t\t
<\/p>\n
Magn\u00e9tom\u00e9trie atomique<\/h2>\n
Le L4M (laboratoire pour la mesure du moment magn\u00e9tique du mercure) est une installation d\u00e9velopp\u00e9e depuis 2015 au sein du LPSC afin de r\u00e9aliser diverses \u00e9tudes autour de la magn\u00e9tom\u00e9trie atomique avec du mercure 199. Le mercure 199 est utilis\u00e9 dans l’exp\u00e9rience n2EDM pour contr\u00f4ler les variations temporelles du champ magn\u00e9tique au sein des chambres de pr\u00e9cession.<\/p>\n
Le projet phare est la mesure de rapport gyromagn\u00e9tique du mercure 199 relativement \u00e0 celui de l’h\u00e9lium 3, afin de r\u00e9duire une source d’erreur syst\u00e9matique de la mesure de l’EDM du neutron. D’autres \u00e9tudes portent sur diff\u00e9rents effets influant sur le temps de d\u00e9polarisation du mercure, les d\u00e9calages en fr\u00e9quence induits par la lumi\u00e8re et les propri\u00e9t\u00e9s d’absorption de la lumi\u00e8re par les atomes. Enfin le L4M sert \u00e9galement \u00e0 la caract\u00e9risation et \u00e0 l’optimisation de diff\u00e9rents \u00e9l\u00e9ments d\u00e9ploy\u00e9s dans l’exp\u00e9rience n2EDM.<\/p>\n
<\/p>\nA gauche : Laser UV Toptica \u00e0 254 nm (quadrupleur de fr\u00e9quence); A droite : Le banc de remplissage de cellules optiques<\/em><\/p>\n
L’installation inclut :<\/p>\n
- \n
- Un laser UV \u00e0 254nm, correspondant la transition 1<\/sup>S0<\/sub> vers 3<\/sup>P1<\/sub> du mercure 199, utilis\u00e9e pour polariser la vapeur de mercure par pompage optique.<\/li>\n
- Des lasers IR \u00e0 1083 nm, pour l’hyperpolarisation de l’h\u00e9lium 3 . Le pompage optique est effectu\u00e9 sur un \u00e9tat m\u00e9tastable de l’h\u00e9lium cr\u00e9\u00e9 par une d\u00e9charge et transmis par \u00e9change de m\u00e9tastabilit\u00e9 au fondamental (MEOP).<\/li>\n
- Un jeu de bobines de Helmoltz servant \u00e0 compenser le champ ambiant et imposer divers champs (jusqu’\u00e0 200\u00b5T dans le plan transverse au faisceau laser et 10mT sur l’axe) et gradients magn\u00e9tiques (quelques centaines de nT\/cm).<\/li>\n
- un banc de remplissage de cellules, permettant de contr\u00f4ler la quantit\u00e9 de mercure et de r\u00e9aliser des m\u00e9langes mercure-h\u00e9lium (ou autre gaz) \u00e0 diverses pression dans la gamme du millibar. Les cellules, en verre ou en quartz, sont au choix scell\u00e9es ou ferm\u00e9e par une vanne.<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0<\/em><\/p>\n
<\/p>\n
<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tListes des th\u00e8ses\n\t\t\t\t
<\/p>\n
- \n
- \n
Th\u00e8ses<\/h3>\n
- <\/ul>\n
- Thomas Bouillaud <\/strong>(2022, dir. G. Pignol) :\u00a0The internal magnetic field of the n2EDM experiment to probe CP symmetry : calculation of the magic field and control of non-uniformities<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
- \n
- \n
- \n
- Yinghao Xi <\/strong>(2021, dir. B. Cl\u00e9ment, A. Bes) : D\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
- \n
- \n
- \n
- Laura Ferrari-Bouchez <\/strong>(2020, dir. G. Pignol) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : correction de l’effet syst\u00e9matique du champ fant\u00f4me<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
- \n
- \n
- \n
- Yohan Kermaidic <\/strong>(2016, dir. D. Rebreyend) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : analyse de donn\u00e9es et d\u00e9veloppement autour du \u00b9\u2079\u2079Hg<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
- \n
- \n
- \n
- Damien Roulier <\/strong>(2015, dir B. Cl\u00e9ment, V.V. Nesvizhevsky) : Production et d\u00e9tection de neutrons ultra-froids pour le spectrom\u00e8tre GRANIT<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
- \n
- \n
- \n
- Mathieu Guigue<\/strong> (2015, dir G. Pignol) : \u00c0 la recherche de nouvelles forces avec l’h\u00e9lium 3 polaris\u00e9<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
- \n
- \n
- \n
- Stephanie Roccia<\/strong> (2009, dir. D. Rebreyend) : La co-magn\u00e9tom\u00e9trie mercure pour la mesure du moment \u00e9lectrique dipolaire du neutron : Optimisation et application au test de l’invariance de Lorentz<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
- \n
- \n
- \n
- Guillaume Pignol <\/strong>(2009, dir K. Protassov, V.V. Nesvizhevsky) : Pr\u00e9paration de l’exp\u00e9rience GRANIT et recherche de nouvelles interactions avec les neutrons.<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Habilitations \u00e0 Diriger les Recherches<\/h3>\n
- <\/ul>\n
- \n
- \n
- St\u00e9phanie Roccia <\/strong>(2023)<\/li>\n
- Guillaume Pignol<\/strong> (2015)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
<\/p>\n
<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\tPublications\n\t\t\t\t
Collaboration nEDM\/n2EDM<\/h3>\n
L’ensemble des publications de la collaboration est disponible ici<\/a> . On peux mettre en avant deux publication r\u00e9centes o\u00f9 l’\u00e9quipe UCN\u00a0 du LPSC a contribu\u00e9 significativement :<\/p>\n
- \n
- The n2EDM experiment at the Paul Scherrer Institute,<\/em> C.Abel et al., EPJ Web Conf. 219 (2019) 020002<\/li>\n
- Guillaume Pignol<\/strong> (2015)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
- St\u00e9phanie Roccia <\/strong>(2023)<\/li>\n
- \n
- \n
- Guillaume Pignol <\/strong>(2009, dir K. Protassov, V.V. Nesvizhevsky) : Pr\u00e9paration de l’exp\u00e9rience GRANIT et recherche de nouvelles interactions avec les neutrons.<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
- \n
- Stephanie Roccia<\/strong> (2009, dir. D. Rebreyend) : La co-magn\u00e9tom\u00e9trie mercure pour la mesure du moment \u00e9lectrique dipolaire du neutron : Optimisation et application au test de l’invariance de Lorentz<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Mathieu Guigue<\/strong> (2015, dir G. Pignol) : \u00c0 la recherche de nouvelles forces avec l’h\u00e9lium 3 polaris\u00e9<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Damien Roulier <\/strong>(2015, dir B. Cl\u00e9ment, V.V. Nesvizhevsky) : Production et d\u00e9tection de neutrons ultra-froids pour le spectrom\u00e8tre GRANIT<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Yohan Kermaidic <\/strong>(2016, dir. D. Rebreyend) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : analyse de donn\u00e9es et d\u00e9veloppement autour du \u00b9\u2079\u2079Hg<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Laura Ferrari-Bouchez <\/strong>(2020, dir. G. Pignol) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : correction de l’effet syst\u00e9matique du champ fant\u00f4me<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Yinghao Xi <\/strong>(2021, dir. B. Cl\u00e9ment, A. Bes) : D\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Thomas Bouillaud <\/strong>(2022, dir. G. Pignol) :\u00a0The internal magnetic field of the n2EDM experiment to probe CP symmetry : calculation of the magic field and control of non-uniformities<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
- Un laser UV \u00e0 254nm, correspondant la transition 1<\/sup>S0<\/sub> vers 3<\/sup>P1<\/sub> du mercure 199, utilis\u00e9e pour polariser la vapeur de mercure par pompage optique.<\/li>\n
- Valentin Czamler : n2EDM, exp\u00e9riences ILL<\/li>\n<\/ul>\n
- Neutron Interferometry constrains dark energy chameleon fields<\/em>, H. Lemmel et al., Phys.Lett.B 743 (2015) 310-314<\/li>\n<\/ul>\n\t\t\t\t\t\t\tCalculateurs UCN\n\t\t\t\t
- Design and test of a compact and high-resolution time-of-flight measurement device for cold neutron beams, <\/em>D.Roulier et al, Phys.Rev.Accel.Beams 22 (2019) no.3 032801<\/li>\n
- Boron-10 conversion layer for ultra-cold neutron detection, <\/em>B.Cl\u00e9ment et al., JINST 14 (2019) no.09, P09003<\/li>\n
- C2D8: An eight channel CCD readout electronics dedicated to low energy neutron detection<\/em>, O. Bourrion, B. Clement, D. Tourres, G. Pignol, Y. Xi, D. Rebreyend, V.V. Nesvizhevsky, Nucl.Instrum.Meth. A880 (2018) 28-34<\/li>\n
- Search for Neutron-to-Hidden-Neutron Oscillations in an Ultracold Neutron Beam<\/em>, G. Ban et al, Phys.Rev.Lett. 131 (2023)<\/li>\n<\/ul>\n
- Measurement of the permanent electric dipole moment of the neutron<\/em>, C.Abel et al., Phys. Rev. Lett (2020)<\/li>\n<\/ul>\n
- Guillaume Pignol<\/strong> (2015)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
- St\u00e9phanie Roccia <\/strong>(2023)<\/li>\n
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- Guillaume Pignol <\/strong>(2009, dir K. Protassov, V.V. Nesvizhevsky) : Pr\u00e9paration de l’exp\u00e9rience GRANIT et recherche de nouvelles interactions avec les neutrons.<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Stephanie Roccia<\/strong> (2009, dir. D. Rebreyend) : La co-magn\u00e9tom\u00e9trie mercure pour la mesure du moment \u00e9lectrique dipolaire du neutron : Optimisation et application au test de l’invariance de Lorentz<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Mathieu Guigue<\/strong> (2015, dir G. Pignol) : \u00c0 la recherche de nouvelles forces avec l’h\u00e9lium 3 polaris\u00e9<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Damien Roulier <\/strong>(2015, dir B. Cl\u00e9ment, V.V. Nesvizhevsky) : Production et d\u00e9tection de neutrons ultra-froids pour le spectrom\u00e8tre GRANIT<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Yohan Kermaidic <\/strong>(2016, dir. D. Rebreyend) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : analyse de donn\u00e9es et d\u00e9veloppement autour du \u00b9\u2079\u2079Hg<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Laura Ferrari-Bouchez <\/strong>(2020, dir. G. Pignol) : Mesure du moment dipolaire \u00e9lectrique du neutron : correction de l’effet syst\u00e9matique du champ fant\u00f4me<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Yinghao Xi <\/strong>(2021, dir. B. Cl\u00e9ment, A. Bes) : D\u00e9tecteur de neutrons ultra-froids sensible \u00e0 la position<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
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- Thomas Bouillaud <\/strong>(2022, dir. G. Pignol) :\u00a0The internal magnetic field of the n2EDM experiment to probe CP symmetry : calculation of the magic field and control of non-uniformities<\/a><\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n
- Un laser UV \u00e0 254nm, correspondant la transition 1<\/sup>S0<\/sub> vers 3<\/sup>P1<\/sub> du mercure 199, utilis\u00e9e pour polariser la vapeur de mercure par pompage optique.<\/li>\n