La mesure du moment électrique dipolaire du neutron  Motivations physiques  La méthode de mesure  Le spectromètre RAL-Sussex-ILL  Le projet

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1 La mesure du moment électrique dipolaire du neutron  Motivations physiques  La méthode de mesure  Le spectromètre RAL-Sussex-ILL  Le projet nEDM@PSI

2 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)2 nEDM ≠ 0 violation P et T Théorème CPT violation CP Le moment électrique dipolaire du neutron et la violation de CP Neutron “Ghost” neutron NN dNdN NN dNdN Vrai pour toute particule élémentaire: e,p, , atomes, molécules...

3 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)3  Secteur électrofaible : la phase  de la matrice CKM permet d’expliquer violation de CP dans décroissances mésons (K, B) d n = 0 au premier ordre d n ~ 10 -32 e.cm  QCD : la phase  d n ~  10 -15 e.cm  ~ 10 -11 STRONG CP PROBLEM ! Violation de CP dans le MS

4 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)4 Etat de l’art & Objectif Objectif: 10 -27 -10 -28 e-cm Meilleure limite actuelle : |d n | ≤ 6.3 10 -26 e.cm (90 % CL) ILL ( PRL 82(1999) ) MS hors d’atteinte (nEDM=0 1 er ordre) Contraintes très sévères sur les nouveaux mécanismes Signal : signature nouvelle physique ? C. A. Baker, ILL millenium symposium, 2001

5 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)5 Si le neutron avait la taille de la terre... 10  -e +e

6 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)6 Les neutrons ultra froids (UCN) UCN = neutrons pouvant se réfléchir élastiquement sur une paroi quel que soit l’angle d’incidence Simulation GEANT4 E ~ 100 neV (~ 1 m) V ~ 5 m/s ~ 1000 Å Nombreuses applications : nEDM, niveaux gravitationnels, durée de vie du neutron, interaction n-n très basse énergie, oscillations n-nbar,... Sources UCN : PF2@ILL, source la plus dense :  ~ 40 UCN/cm 3 (Fission) UCN@PSI (à partir de 2007):  ~ 3 10 3 UCN/cm 3 (Spallation) + de nombreux projets (Munich, Japon, Los Alamos) g

7 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)7 La méthode de Ramsey t ~ 2s 4.4. 3.3. 2.2. 1.1. Free precessi on... Apply  /2 spin flip pulse... “Spin up” neutron... Second  /2 spin flip pulse. T ~ 100s H = -2 ( n B ± d n E)  L ( - ) = 4 d n E / h

8 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)8 Le spectromètre EDM RAL-Sussex-ILL Paramètres expérimentaux : B ~ 1  T E = 10-15 kV/cm T ~ 100 s L ~ 30 Hz Pour d n = 10 -27 e.cm et E = 15 kV/cm :  ~ 6 10 -23 eV ou  L ~ 10 -8 Hz d n ≤ 6.3 10 –26 e.cm P.G. Harris et al.,PRL82(1999)904 Meilleure limite actuelle

9 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)9  Projet en 2 étapes :  Amélioration du spectromètre RAL-Sussex-ILL et première mesure dès que la source de PSI sera opérationnelle (2007-2008)  Conception d’un nouvel appareil optimisé pour les densités UCN de PSI  Objectif : diminuer de 1 à 2 ordres de grandeur la limite actuelle sur le moment électrique dipolaire du neutron Le projet nEDM@PSI Objectif final : d n ~ 10 -28 e.cm à l’horizon 2012

10 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)10 La source UCN de PSI en construction - approuvée et financée par le PSI - démarrage prévu fin 2007

11 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)11 La collaboration G. Ban, X. Fléchard, M. Labalme, T. Lefort, E. Liénard, O. Naviliat* (LPC Caen) K. Bodek, S. Kistryn, A. Magiera, J. Zejma (Jagellonian Univ., Cracovie) D. Mazhvia, N. Khomutov, A. Olnev, B. Sabirov (JINR, Dubna) S. Gröger, P. Knowles, A. Weis (FRAP, Université de Fribourg) C. Plonka (ILL) G. Quéméner, U.C. Tsan, D. Rebreyend (LPSC Grenoble) T. Brys, M. Daum, P. Fierlinger, R. Henneck, S. Heule, M. Kasprzak, K. Kirch*, A. Pichlmaier (PSI) * co-spokesperson

12 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)12 EDM Limits: the first half-century Barr: Int. J. Mod Phys. A8 208 (1993) Factor ~10 per 8 years

13 Workshop QCD-reseau (Autrans, 6-7/06/05)13 Violation de CP dans le MS  Secteur électrofaible : la phase de la matrice CKM d’ 1-    (  –i ) d s’ = - 1-    s b’   (1––i ) –  b nEDM ~ 10 -32 e.cm  QCD : la phase 