La physique nucléaire, avec ses expériences de haute précision, continue de nous éclairer sur les composants fondamentaux de notre univers. Récemment, une équipe de physiciens du Jefferson Lab, une installation du Département de l’Énergie des États-Unis, a réalisé une percée significative dans la mesure de la polarisation des faisceaux d’électrons, surpassant un record qui tenait depuis près de trois décennies.
Un Record Battu
Dans un article évalué par des pairs et publié dans la revue Physical Review C, une collaboration entre les chercheurs du Jefferson Lab et des utilisateurs scientifiques a rapporté une mesure de la polarisation d’un faisceau d’électrons avec une précision jamais atteinte auparavant. « Personne n’a mesuré la polarisation d’un faisceau d’électrons avec cette précision dans aucun laboratoire dans le monde », a déclaré Dave Gaskell, physicien nucléaire expérimental au Jefferson Lab et co-auteur de l’article.
La Polarimétrie Compton
La technique utilisée, la polarimétrie Compton, implique la détection de photons dispersés par des particules chargées, telles que les électrons. Cette méthode repose sur l’effet Compton, où la lumière laser et un faisceau d’électrons sont mis en collision. Les électrons et les photons portent une propriété appelée spin, essentielle pour les physiciens sondant le cœur de la matière à l’échelle la plus infime.
Avantages Collatéraux
La précision ultra-élevée a été atteinte lors de l’Expérience sur le Rayon du Calcium (CREX), menée en tandem avec l’Expérience sur le Rayon du Plomb (PREX-II). Ces expériences visaient à sonder les noyaux d’atomes de poids moyen et lourds pour obtenir des informations sur la structure de leur « peau de neutron ». Les résultats ont des implications pour les propriétés des étoiles à neutrons et confirment certaines calculs théoriques à une précision de centaines de millionièmes de nanomètre.
Une Incertitude Certaine
Lors de CREX, la polarisation du faisceau d’électrons a été mesurée en continu via la polarimétrie Compton avec une précision de 0,36%, surpassant les 0,5% rapportés lors de l’expérience SLD du SLAC. Cette précision réduit considérablement les incertitudes systématiques et statistiques, permettant une interprétation plus stricte des résultats théoriques.
Cette avancée prépare le terrain pour des expériences phares futures au Jefferson Lab, telles que MOLLER, qui mesurera la charge faible sur un électron, un test du Modèle Standard de la physique des particules. D’autres projets, comme le Collisionneur Électron-Ion (EIC) et SoLID, bénéficieront également de cette précision sans précédent dans la polarimétrie des faisceaux d’électrons.
« Cela a franchi une barrière », a déclaré Allison Zec, co-auteure de l’étude. « Cela va rendre nos résultats plus significatifs et va faire du Jefferson Lab une installation plus forte pour faire de la physique à l’avenir. »
Légende illustration : Le laser du polarimètre Compton résonne à l’intérieur d’une cavité optique verrouillée pendant le déroulement de l’expérience CREX. (Photo du laboratoire Jefferson/Dave Gaskell)
Article : “Ultrahigh-precision Compton polarimetry at 2 GeV” – DOI: 10.1103/PhysRevC.109.024323
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