Après cinq ans de travail, les physiciens de l'EPFL, avec quelque 800 chercheurs internationaux impliqués dans le projet LHCb du CERN, viennent de franchir une étape importante en construisant un nouveau détecteur - un tracker à fibre scintillante baptisé SciFi - pour récolter plus de données du collisionneur.

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN, l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, produit des centaines de millions de collisions de protons par seconde. Mais les chercheurs travaillant sur l'expérience Large Hadron Collider Beauty (LHCb), qui implique des physiciens de l'EPFL, ne peut enregistrer que 2, 000 de ces collisions, à l'aide d'un des détecteurs installés sur l'accélérateur. Donc au final, cette merveille technologique laisse les physiciens en redemande. Ils sont convaincus que le vaste volume de données non capturées contient les réponses à plusieurs questions non résolues.

En physique des particules élémentaires, le modèle standard - la théorie qui décrit le mieux les phénomènes dans ce domaine - a été bel et bien éprouvé, pourtant, les chercheurs savent que le puzzle n'est pas complet. C'est pourquoi ils étudient des phénomènes qui ne sont pas pris en compte par le modèle standard. Cette quête de « nouvelle physique » cherche à expliquer la disparition de l'antimatière après le Big Bang et la nature de la matière noire qui, bien qu'il représente environ 30% de l'univers, ne peut être détecté que par des mesures astronomiques à ce stade.

"Pour extraire plus d'informations des données du LHC, nous avons besoin de nouvelles technologies pour notre détecteur LHCb, " explique Aurelio Bay du Laboratoire de physique des hautes énergies de l'EPFL. L'EPFL s'est associée à plusieurs instituts de recherche pour développer le nouvel équipement qui modernisera l'expérience en 2020.

Utilisation de la fibre scintillante pour détecter les particules

Après cinq ans de travail, les physiciens de l'EPFL, avec quelque 800 chercheurs internationaux impliqués dans le projet LHCb, viennent de franchir une étape préliminaire importante vers l'amélioration significative de leur équipement expérimental. Ils ont décidé de construire un nouveau détecteur - un tracker à fibre scintillante baptisé SciFi.

Construction du traqueur, qui comprend 10, 000 kilomètres de fibres scintillantes de 0,25 mm de diamètre chacune, a déjà commencé. Lorsque des particules les traversent, les fibres émettront des signaux lumineux qui seront captés par des diodes amplificatrices de lumière. Les fibres scintillantes seront disposées en trois panneaux de cinq mètres sur six, installé derrière un aimant, où les particules quittent le point de collision de l'accélérateur LHC. Les particules traverseront plusieurs de ces « tapis » de fibres et déposeront une partie de leur énergie en cours de route, produisant des photons de lumière qui seront ensuite transformés en un signal électrique.

Les données sur la façon dont les particules traversent les fibres suffiront à reconstruire leur trajectoire. Les physiciens utiliseront ensuite ces informations pour restaurer leur état physique primitif. "Ce que nous allons essentiellement faire, c'est retracer le voyage de ces particules jusqu'à leur point de départ. Cela devrait nous donner un aperçu de ce qui s'est passé il y a 14 milliards d'années, avant que l'antimatière ne disparaisse, nous laissant avec la question que nous avons aujourd'hui, " dit Bay.

Flux de données énormes

SciFi est un composant clé pour acquérir des données à la vitesse la plus élevée, car il comprend des filtres conçus pour ne conserver que les données utiles. Dans un monde idéal, les physiciens recueilleraient et analyseraient toutes les données sans avoir besoin d'utiliser trop de filtres. Mais cela impliquerait une quantité massive de données.

"Nous sommes peut-être déjà à la limite, car nous devons bien sûr sauvegarder les données quelque part. Nous utilisons d'abord le stockage magnétique, puis nous distribuons les données sur le LHC GRID, qui comprend des machines en Italie, les Pays-Bas, Allemagne, Espagne, au CERN, et en France et au Royaume-Uni. De nombreux pays y participent, et de nombreuses études sur ces données sont menées simultanément, " ajoute Bay. Il désigne son écran d'ordinateur :le rouge est utilisé pour désigner les programmes qui ne fonctionnent pas bien ou ceux qui tentent depuis plusieurs jours de figurer parmi les priorités.

Bay place parfaitement cette initiative dans la perspective d'un physicien : " Si le LHC n'a pas assez de puissance pour découvrir une nouvelle physique, c'est fini pour ma génération de physiciens ! Nous devrons trouver une nouvelle machine, pour la prochaine génération."