L'expérience sur les neutrons ultra-froids du PSI en Suisse ne révèle aucun signe d'oscillation vers le « monde miroir »

L'Institut Paul Scherrer (PSI) en Suisse a annoncé le 28 juillet que ses chercheurs ont détecté environ 25 milliards de neutrons lors d'une expérience sur les neutrons ultra-froids, sans trouver de signe de conversion spontanée des neutrons en « neutrons miroirs ». Les résultats de la recherche limitent avec une grande certitude la possibilité théorique de disparition des neutrons dans ce que l'on appelle le « monde miroir ».

L'hypothèse du « monde miroir » postule que chaque particule élémentaire du monde réel pourrait avoir une particule miroir correspondante, comme l'électron miroir, le proton miroir et le neutron miroir. Ces particules interagissent extrêmement faiblement avec la matière ordinaire, principalement par la gravité ou par de rares oscillations de particules neutres, et ont donc également été considérées comme l'un des candidats à la matière noire.

Les chercheurs du Centre de science des neutrons et des muons du PSI ont indiqué que s'appuyer uniquement sur l'interaction gravitationnelle rend difficile la preuve de l'existence des particules miroirs. L'expérience s'est donc concentrée sur la question de savoir si les particules neutres pouvaient osciller entre le monde de la matière ordinaire et le monde miroir. Selon les hypothèses correspondantes, des particules électriquement neutres comme les neutrons pourraient, dans de très rares cas, se convertir en particules miroirs, se manifestant ainsi comme une « disparition » dans l'expérience ; elles pourraient ensuite également se reconvertir en neutrons ordinaires.

Pour tester cette hypothèse, l'équipe de recherche du PSI, en collaboration avec des chercheurs de l'École polytechnique fédérale de Zurich et de l'Université Jagellonne de Cracovie, a utilisé des neutrons ultra-froids produits par l'accélérateur de protons à haute intensité du PSI pour effectuer des mesures de précision. Au cours de l'expérience, les chercheurs ont stocké les neutrons ultra-froids dans un réservoir sous vide spécial en acier inoxydable non magnétique et ont contrôlé avec une grande précision le champ magnétique environnant à l'aide de bobines magnétiques. Étant donné que la probabilité d'oscillation entre les neutrons et les neutrons miroirs est très sensible au champ magnétique, l'équipe expérimentale a progressivement modifié l'intensité et la direction du champ magnétique au cours des mesures afin de couvrir les régions pertinentes où des oscillations pourraient se produire.

Les chercheurs ont stocké environ 1,5 million de neutrons dans un grand réservoir en acier inoxydable toutes les 5 minutes environ, puis ont vidé et compté les neutrons restants après environ 200 secondes de stockage. Ce processus a duré plusieurs mois, aboutissant à un total cumulé d'environ 25 milliards de neutrons mesurés. Les résultats expérimentaux montrent qu'aucun signal d'oscillation entre neutrons et neutrons miroirs n'a été détecté dans la plage de conditions balayée.

Les chercheurs du PSI estiment que ce résultat exclut essentiellement les spéculations antérieures concernant la conversion des neutrons en particules miroirs. Bien que l'expérience n'ait pas trouvé de preuve de l'existence du monde miroir, elle conserve une valeur de référence importante pour la physique des particules et la recherche théorique sur la matière noire. Les chercheurs ont indiqué qu'en réduisant davantage l'espace des paramètres des hypothèses correspondantes, les résultats expérimentaux inciteront la recherche en physique théorique à explorer de nouvelles voies d'explication.