Origine de la matière depuis l'étude de la radioactivité béta d'ions piégés polarisés – MORA

Techniquement, MORA utilise une méthode innovante d'orientation dans le piège, qui combine la haute efficacité de piégeage d'un piège Paul transparent avec des techniques d'orientation laser. Des études récentes ont montré qu'un degré de polarisation proche de 100% pouvait être obtenu avec des ions 23Mg+ dans le piège après quelques impulsions d'un système laser basé sur des cavités Ti:Sa. Le piège de Paul transparent et l'optique de faisceau ont été conçus avec des méthodes numériques pour optimiser les performances du piège tout en maintenant de grands angles solides pour la détection des particules chargées émises pendant la désintégration. Les tests du dispositif de détection ont été réalisés au GANIL et au LPC Caen. L'appareil MORA sera d'abord mis en service dans les lignes de faisceaux IGISOL à JYFL où le système laser est déjà disponible, avant de revenir au GANIL où sa sensibilité nominale à la Nouvelle Physique sera finalement obtenue avec les faisceaux intenses de SPIRAL 1.
Sur le plan théorique, les théories des champs effectifs (EFT) seront utilisées pour étudier la sensibilité de la corrélation 10-5 D à différents modèles de Leptoquark. Elle sera comparée aux contraintes présentes et futures liées à la mesure d'autres observables. Les EFT seront également utilisés pour revoir le calcul des effets FSI qui imitent une corrélation D non nulle inférieure à 10-4.

Les résultats expérimentaux attendus sont :
* la preuve de principe de la technique de polarisation laser dans le piège
* la première mesure de la corrélation D à 10-4 à JYFL
* une classification des modèles de Nouvelle Physique populaires auxquels la mesure de la corrélation D à un niveau de 10-5 est sensible
* la revisite des calculs des effets FSI dans la désintégration bêta nucléaire

* La méthode de polarisation laser dans le piège à ions est innovante et n'a jamais été démontrée auparavant. En tant que tel, elle apporterait de nouvelles opportunités pour, par exemple, d'autres mesures de corrélation dans la désintégration bêta nucléaire.
* La première mesure de D à 10-4 explorera déjà un territoire inconnu. La meilleure mesure à ce jour de la corrélation D est celle réalisée par la collaboration emiT : D< 2.10-4. En dessous de cette valeur, la mesure commence à être sensible à tout boson qui aurait pu être manqué par d'autres mesures, et non pris en compte dans le cadre actuel des théories de champs effectifs. Cette possibilité n'est pas exclue,considérant les nombreuses spéculations qui sont faite sur l'existence d'un boson léger pour expliquer la déviation de la valeur attendue par le Modèle Standard de l'anomalie g-2 du muon.
* Les études théoriques conduiront à une classification des modèles populaires de Nouvelle Physique auxquels une mesure de D au niveau 10-5 est sensible
* Les études théoriques fourniront une nouvelle estimation des effets FSI et de leur précision, dont les calculs ont été faits dans les années 1970. La connaissance de la précision de ces calculs est essentielle à la recherche de Nouvelle Physique via une mesure D à 10-5.

Articles:
* Delahaye, P., Liénard, E., Moore, I. et al., The MORA project, Hyperfine Interact (2019) 240: 63. doi.org/10.1007/s10751-019-1611-x
* Delahaye, P., Analytical model of an ion cloud cooled by collisions, Eur. Phys. J. A (2019) 55: 83. doi.org/10.1140/epja/i2019-12740-4
* Delahaye, P., Ban, G., Benali, M. et al., The open LPC trap for precision measurements in beta decay, Eur. Phys. J. A (2019) 55: 101. doi.org/10.1140/epja/i2019-12777-3
* Benali M., Quemener G., Delahaye P. et al, Geometry optimisation of a transparent axisymmetric ion trap for the MORA project, Eur. Phys. J. A (2020) 56: 163, doi.org/10.1140/epja/s10050-020-00168-y
* A. Falkowski, M. Gonzalez Alonso and O. Naviliat Cuncic, Comprehensive analysis of beta decays within and beyond the Standard Model, arXiv:2010.13797 [hep-ph]

Le projet MORA (Matter's Origin from the RadioActivity of trapped and laser oriented ions) [1] rassemble des experts en manipulation des ions dans les pièges et des méthodes d'orientation laser pour la recherche de Nouvelle Physique (NP) dans la désintégration bêta nucléaire. Ces recherches sont effectuées via la mesure précise de la corrélation dite triple D, sensible à la violation de la symétrie de renversement du temps, et par le théorème CPT, à la violation de symétrie CP. Ainsi, le paramètre D mesuré dans la désintégration bêta nucléaire est une sonde complémentaire au moment dipolaire électrique du neutron. Une violation importante de la symétrie CP est nécessaire pour expliquer le problème d'asymétrie d'abondance matière antimatière observée dans l'univers. La corrélation D est particulièrement sensible à l'existence de Leptoquarks, qui sont des bosons de jauge hypothétiques figurant dans les premières théories de la baryogenèse. Les Leptoquarks sont activement recherchés au LHC, dans des mesures qui fournissent des contraintes compétitives et complémentaires.
Le projet MORA a récemment été financé par la région Normandie. La subvention portait sur l'équipement requis par MORA. Dans le cadre du présent projet, la collaboration MORA demande un soutien supplémentaire de l'ANR pour réaliser les expériences de démonstration de principe à JYFL avant que les expériences finales ne soient réalisées au GANIL. Ce soutien consiste en un financement de postdocs et de doctorants en physique expérimentale et théorique, ainsi qu’un soutien supplémentaire pour l’installation à JYFL, qui n’a pas été couvert dans le soutien initial de la région Normandie.

[1]: The MORA project, P. Delahaye et al., arXiv:1812.02970 [physics.ins-det], TCP 2018, proceedings to appear in Hyp. Int. *