Cette nouvelle boîte en métal pourrait aider à porter la physique au-delà du modèle standard

Des chercheurs allemands ont créé un bouclier capable de diviser les champs magnétiques par plus d’un million, et ils l’ont utilisé pour créer l’une des boîtes métalliques les plus intéressantes de la planète à l’heure actuelle.

Cet espace de 4,1 mètres cubes possède le champ magnétique le plus faible de notre système solaire et permettra aux scientifiques de mener enfin les expériences de haute précision qui pourraient révéler la physique au-delà du modèle standard.

Le modèle standard de la physique des particules, également connu sous le nom de “théorie du presque tout”, est le meilleur ensemble d’équations dont nous disposons pour expliquer le comportement et les interactions des particules fondamentales de l’Univers.

Mais même si le modèle nous a bien servi, il présente de nombreuses lacunes, comme le fait que le modèle standard n’explique pas la gravité ou pourquoi la matière et l’antimatière du Big Bang ne se sont pas complètement annihilées. Il ne peut pas non plus prédire le comportement des particules à très haute énergie.

Les expériences à grande échelle telles que le grand collisionneur de hadrons contribuent à améliorer notre compréhension dans ces domaines, mais elles sont limitées par les champs magnétiques naturels et artificiels de la Terre, qui ont la fâcheuse habitude de pénétrer facilement toutes sortes de matières.

Mais aujourd’hui, des chercheurs de la Technische Universität Müchen (TUM), en Allemagne, ont réussi à éliminer les champs magnétiques à des niveaux jusqu’alors inégalés, ouvrant ainsi un tout nouveau monde d’expériences. En fait, le champ magnétique de leur boîte est même plus faible que le champ magnétique ambiant moyen rencontré dans le milieu interstellaire entre les galaxies.

“Les expériences de précision permettent de sonder la nature jusqu’à des échelles d’énergie qui pourraient ne pas être accessibles par les expériences de collision actuelles et de prochaine génération”, a déclaré Tobias Lins, un doctorant qui a travaillé sur le bouclier magnétique, dans un communiqué de presse. En effet, l’existence de nouvelles particules exotiques pourrait être détectée par de minuscules modifications des propriétés des particules déjà connues, mais nous ne pouvons actuellement pas suivre ces modifications en raison du “bruit” de fond des champs magnétiques.

Le bouclier, qui comprend plusieurs couches d’un alliage nickel-fer hautement magnétique fabriqué spécialement, agit comme une éponge qui absorbe et redirige un champ magnétique. Les chercheurs décrivent sa conception et ses performances dans le Journal of Applied Physics.

Astrid Eckert/Technische Universität Müchen

“L’appareil pourrait être comparé à des poupées russes gigognes cubiques”, a déclaré Lins. “Comme les poupées, la plupart des couches peuvent être utilisées individuellement et, avec un nombre croissant de couches, l’intérieur est de plus en plus protégé.”

Les chercheurs prévoient déjà d’utiliser leur bouclier pour déterminer la distribution de la charge dans les neutrons – que les physiciens appellent le moment dipolaire électrique. Ce qu’ils recherchent essentiellement, c’est le bref moment où un neutron a une minuscule charge magnétique – en général, un neutron est électriquement neutre parce que ses trois quarks s’annulent. S’ils découvrent que ce moment dure plus longtemps que ce que prévoit le modèle standard, cela pourrait suggérer l’existence d’une nouvelle particule.

“Ce type de mesure aurait une importance fondamentale en physique des particules et ouvrirait grand la porte à la physique au-delà du modèle standard de la physique des particules”, a expliqué le chef de l’équipe, Peter Fierlinger, dans un communiqué.

L’équipe souhaite également utiliser le bouclier pour rechercher les monopoles magnétiques, théorisés depuis longtemps mais jamais détectés, à l’aide d’un détecteur SQUID, qui peut détecter des champs magnétiques extrêmement subtils.

Ces deux expériences, ainsi que les nombreuses autres qui peuvent désormais être menées à l’intérieur de cette petite boîte métallique, pourraient nous faire entrer dans un nouveau monde de la physique, et nous sommes impatients de voir les résultats. Nous l’avons déjà dit et nous le répétons : c’est une époque incroyable pour être en vie.

Technische Universität Müchen