Développement et optimisation d'un système de polarisation de ...

tel-00726870, version 1 - 31 Aug 2012
6 1.2. État de l’art
électrofaible et l’autre dans la chromodynamique quantique (QCD). La première est la phase
complexe de la matrice CKM qui régit le mélange des quarks. L’existence de cette phase induit
donc une limite pour la valeur de l’EDM du neutron, qui est d’environ 10 −32 e cm, soit 6 ordres
de grandeur en dessous de la limite expérimentale actuelle. La seconde source de violation CP
vient du Lagrangien de la chromodynamique quantique, et plus particulièrement de l’angle du
vide θ. Il s’agit d’un paramètre dont la valeur doit être proche de l’unité. Ce paramètre est
aussi contraint par la valeur de l’EDM du neutron. Avec la limite actuelle, θ est contraint à être
inférieur à 10 −10 . Ce phénomène inattendu est appelé “the strong CP problem”, et ne trouve
pas de réponse satisfaisante dans le cadre du SM. Des extensions du SM sont ainsi formulées,
et la valeur de l’nEDM permet de les tester. À titre d’exemple, le MSSM est contraint par
une valeur de l’nEDM comprise entre 10 −26 et 10 −28 e cm. Une formulation plus complète des
motivations physiques poussant à mesurer l’EDM du neutron peut être trouvée dans le chapitre
1 des annexes en anglais.
1.2 État de l’art
La limite supérieure sur la valeur de l’EDM du neutron a diminué de six ordres de grandeur
depuis la première mesure effectuée en 1950 et la dernière valeur en 2006, mettant ainsi des
contraintes strictes sur les modèles théoriques au delà du modèle standard. La figure 1.1 montre
l’évolution de la limite supérieure sur la valeur de l’EDM du neutron.
Neutron EDM upper limit (e.cm)
10 -17
10 -18
10 -19
10 -20
10 -21
10 -22
10 -23
10 -24
10 -25
10 -26
Harvard
ORNL, Harvard
MIT, BNL
PNPI
RAL, Sussex, ILL
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Year of publication
Figure 1.1 : Évolution de la limite sur la valeur du moment dipolaire électrique du neutron.
Les premières expériences de recherche du moment dipolaire électrique du neutron utilisaient
des faisceaux de neutrons thermiques (et plus tard froids) pour effectuer la mesure. La première
limite fut donnée par Ramsey [6] suite à une réanalyse des données de Havens, Rabi et Rainwater
[7]. La première mesure directe fut celle de Smith, Purcell et Ramsey [8] qui conduisit à l’obtention
d’une limite de |dn| < 5 · 10 −20 e cm. Les faisceaux de neutrons ont été utilisés jusqu’en 1977
pour des expériences nEDM. À ce stade, les effets systématiques liés aux vitesses élevées des
neutrons dans le faisceau (effet v × E) étaient devenu insurmontables. La limite finale obtenue