Des chercheurs collaborent pour mieux comprendre la force nucléaire faible

La force nucléaire faible n’est actuellement pas entièrement comprise, bien qu’elle soit l’une des quatre forces fondamentales de la nature. Dans une paire de Lettres d’examen physique articles, une équipe multi-institutionnelle, comprenant des théoriciens et des expérimentateurs de la Louisiana State University, du Lawrence Livermore National Laboratory, du Argonne National Laboratory et d’autres institutions ont travaillé en étroite collaboration pour tester la physique au-delà du « modèle standard » grâce à des mesures de haute précision de la désintégration bêta nucléaire.

En chargeant des ions lithium-8, un isotope lourd exotique du lithium avec une demi-vie inférieure à une seconde, dans un piège à ions, l’équipe expérimentale a pu détecter l’énergie et les directions des particules émises lors de la désintégration bêta du lithium- 8 réalisé avec l’accélérateur ATLAS du Laboratoire National d’Argonne et maintenu dans un piège à ions. Différents mécanismes sous-jacents à la force nucléaire faible donneraient lieu à des distributions énergétiques et angulaires distinctes, que l’équipe a déterminées avec une précision inégalée.

Des calculs de pointe avec le modèle de coque sans cœur adapté à la symétrie ab initio, développé à la Louisiana State University, ont dû être effectués pour tenir compte avec précision des effets généralement négligés qui sont 100 fois plus faibles que les contributions de désintégration dominantes. Cependant, les expériences ayant atteint une précision remarquable, il faut maintenant se confronter aux incertitudes systématiques de telles corrections qui sont difficilement mesurables.

Dans leur article, « Impact of Clustering on the 8Li Beta Decay and Recoil Form Factors », la collaboration dirigée par LSU impose des contraintes sans précédent sur les corrections de recul dans la désintégration β du 8Li, en identifiant une forte corrélation entre elles et le quadripôle à l’état fondamental du 8Li. moment dans les calculs ab initio à grande échelle.

Les résultats sont essentiels pour améliorer la sensibilité des expériences de haute précision qui sondent la théorie de l’interaction faible et testent la physique au-delà du modèle standard. Le Dr Grigor Sargsyan a dirigé les développements théoriques alors qu’il était doctorant. étudiant à LSU, et est actuellement chercheur postdoctoral au Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL).

Dans « Improved Limit on Tensor Currents in the Weak Interaction from 8Li β Decay », les chercheurs présentent la mesure la plus précise des courants tensoriels dans le régime de basse énergie en examinant la corrélation β−¯ν des ions 8Li piégés avec la désintégration bêta Paul Piège. Les résultats s’avèrent cohérents avec la prédiction du modèle standard, excluant certaines sources possibles de « nouvelle » physique et fixant la barre pour des mesures de précision de ce type.

« Cela a des implications importantes pour comprendre la physique de la contribution du courant tenseur à l’interaction faible », a déclaré le professeur adjoint Alexis Mercenne du LSU. « Jusqu’à présent, les données n’ont favorisé que les couplages vectoriels et vectoriels axiaux dans le lagrangien électrofaible, mais il a été suggéré que d’autres interactions invariantes de Lorentz telles que tenseur, scalaire et pseudoscalaire peuvent survenir dans les extensions du modèle standard. »

« Ce sont des découvertes remarquables – le niveau de précision théorique atteint dans la théorie ab initio au-delà des noyaux les plus légers est sans précédent et ouvre la voie à de nouvelles prédictions de haute précision dans les noyaux atomiques ancrées dans les premiers principes », a déclaré Kristina Launey, professeure associée à LSU.

« De plus, personne ne s’attendait à ce que ces développements théoriques dévoilent un nouvel état dans le noyau 8Be qui n’a pas encore été mesuré. Ce noyau est notoirement difficile à modéliser en raison de sa structure en cluster et de ses corrélations collectives, mais devient faisable pour les calculs dans l’ab cadre de modèle de coque sans noyau adapté à la symétrie initio. »

L’excitation de la physique nucléaire moderne est sa nature interdisciplinaire et l’utilisation d’un large éventail de techniques et d’outils. LSU a des groupes de recherche expérimentale et théorique en physique nucléaire, avec des liens étroits avec les groupes de physique des hautes énergies et d’astrophysique / sciences spatiales. Les groupes expérimentaux et théoriques se concentrent principalement sur le domaine de la structure et des réactions nucléaires à basse énergie, y compris l’étude des noyaux éloignés de la stabilité et les applications à l’astrophysique.