Une étude, dont les résultats intitulés «First Observation of P-odd γ Asymmetry in Polarized Neutron Capture on Hydrogen» ont été publiés dans la revue Physical Review Letters, a permis, pour la première fois, de mesurer l'interaction faible entre protons et neutrons au cœur du noyau d’un atome.

Rappelons tout d'abord que l’interaction faible, qui «est l’une des quatre interactions fondamentales à l’œuvre dans la nature», a «été décrite pour la première fois par Enrico Fermi dans les années 1930». Dans ce contexte, l'objectif de l'étude ici présentée «était d’isoler et de mesurer une composante de l’interaction nucléaire faible qui se manifeste par l’émission de rayons gamma pouvant être comptés et vérifiés avec une grande précision statistique».

Concrètement, «des neutrons froids (issus de la Spallation Neutron Source, comprenez la source neutronique par spallation) ont été dirigés vers une cible d’hydrogène liquide». L'expérience «s’est déroulée sur un équipement capable de contrôler le spin de ces neutrons, les faisant basculer à la demande, du haut vers le bas, et inversement».

Comme «à l’impact, les neutrons interagissent avec les protons qui constituent les atomes d’hydrogène, émettant des rayons gamma détectés par des capteurs spéciaux», une «analyse de ces rayons gamma a révélé une violation de parité caractéristique de l’interaction faible». Cette violation de parité a permis «d’évaluer une composante de la force faible», en faisant «la différence entre les rayons gamma émis dans le sens des spins des neutrons et ceux émis dans le sens opposé».

Soulignons cependant qu'entre «l’idée de l’expérience et sa mise en œuvre, il ne s’est pas écoulé moins d’une vingtaine d’années», car «pour détecter une telle asymétrie de seulement 30 parties par milliard (soit la plus petite asymétrie gamma jamais mesurée)», il a «fallu mobiliser des instruments extrêmement sensibles et des connaissances pointues en matière d’analyse des résultats».

Ces résultats soulèvent désormais une nouvelle question: «celle du lien entre l’interaction faible, qui agit entre protons et neutrons, et l’interaction forte qui assure la cohésion des quarks qui les composent». Une piste envisagée est la recherche de «l’effet de l’interaction faible sur la rotation de spin de neutrons lents dans l’hélium liquide».