Département de Physique Nucléaire

L’expérience E158, réalisée auprès de l’accélérateur linéaire de Stanford en Californie, a récemment publié un test très précis de l’interaction faible entre deux électrons. Ce résultat repousse un peu plus loin les limites d’une nouvelle physique dont les physiciens recherchent ardemment la première manifestation.

Les quarks sont les composants de base des protons et des neutrons (les nucléons) mais il n’existe encore aucune description théorique complète de la façon dont ces quarks forment la structure interne des nucléons. Les récents résultats des expériences Happex menées auprès de l’accélérateur Cebaf du laboratoire Jefferson (Virginie, USA) apportent un nouvel éclairage sur cette description, en désaccord avec ce que les modèles théoriques proposent. En effet, les quarks « étranges » pourraient contribuer de manière significative à l’une des caractéristiques fondamentales du proton : son moment magnétique.

Les nucléons (proton ou neutron) sont les constituants du noyau atomique, et possèdent tous un spin dont la valeur est ½. Les constituants des nucléons, les quarks et les gluons, possèdent eux aussi un spin, mais la contribution de chacun d’eux à celui du nucléon reste énigmatique. Au Cern, l’expérience Compass mesure ΔG/G(x), la polarisation des gluons dans le nucléon, qui est reliée à la contribution des spins des gluons au spin du nucléon. Compass vient de publier sa première mesure précise de ΔG/G(x) : Surprise, sa trop faible valeur pourrait bien annoncer une nouvelle crise du spin.

Le Dapnia a conçu et réalisé un aimant supraconducteur, avec les systèmes de contrôle et de sécurité associés, pour l’expérience CLAS/DVCS au laboratoire Jefferson (Virginie, USA). Cet aimant, formé de deux bobines et de conception cryogénique originale, vient s’insérer à l’intérieur de l’aimant toroïdal de CLAS, où son intégration magnétique et mécanique a nécessité de résoudre de nombreux problèmes. Testé fin décembre 2004 au service des accélérateurs, de la cryogénie et du magnétisme du Dapnia (SACM), l’aimant a été expédié et installé en février 2005 au centre du détecteur CLAS. L’expérience CLAS/DVCS a pu démarrer comme prévu en mars 2005 et se poursuit avec succès.

En 2003, on observait pour la première fois une particule constituée de plus de deux ou trois quarks. Cette nouvelle particule formée de 5 quarks, le pentaquark θ⁺, a été mise en évidence par trois expériences au Japon, en Russie puis aux USA et depuis cette date plusieurs expériences tentent de confirmer cette observation. Selon la théorie, l’existence du θ⁺ implique celle d’autres particules à 5 quarks. L’observation par une expérience d’un autre pentaquark, nommé Φ, dont deux de cinq quarks sont appelés quarks étranges, semblait en accord avec ce modèle. Pourtant dix autres expériences, dont Compass dans laquelle le Dapnia est fortement engagé, ne confirment pas cette observation.

De quelles façons les propriétés des quarks, ultimes constituants de la matière, influencent- elles les composants du noyau atomique, les nucléons ? L’expérience Compass au Cern, qui prend des données depuis 2002, nous livre ses premiers résultats : une évaluation deux fois plus précise de la contribution du moment magnétique intrinsèque des quarks (le spin) à celui du nucléon et une première mesure des effets dits « de spin transverse ».