Pour la première fois, l'expérience LHCb au CERN a collecté des données simultanément en mode collisionneur et en mode cible fixe. Avec ça, le cycle spécial LHCb est encore plus spécial.

Les deux dernières semaines ont été consacrées aux essais spéciaux du Large Hadron Collider (LHC), à la fin de l'exploitation proton LHC 2017 et avant l'arrêt hivernal. Un essai impliquait des collisions de protons à une énergie de 5,02 TeV, principalement pour établir une référence à comparer avec les données de collision d'ions plomb. Ce qui était exceptionnel cette année, c'est qu'une infime quantité de gaz néon a été injectée dans le tube du faisceau près du point d'interaction de l'expérience LHCb. Cela a permis aux physiciens de collecter des données proton-néon en même temps que des données de collision proton-proton.

Lorsque des gaz (nobles) sont injectés dans le tube du faisceau pour entrer en collision avec des protons, l'expérience LHCb est en mode "cible fixe", contrairement au mode "collisionneur" standard. Mais contrairement aux expériences à cible fixe traditionnelles, où le faisceau de particules accélérées est dirigé vers une cible solide ou liquide dense, ici, les protons du LHC entrent en collision avec une poignée de noyaux de néon injectés près du point de collision et flottant dans le tube du faisceau. Ces noyaux polluent légèrement le vide quasi parfait du LHC, mais les conditions qu'ils créent - où la pression est de l'ordre de 10 ^-7 millibar – sont toujours considérés comme typiques des environnements à ultra-vide.

Il y a deux raisons principales pour collecter des données sur les collisions proton-gaz au LHC. D'une part, ces données aident à comprendre les effets nucléaires (c'est-à-dire selon le type de noyaux impliqués dans les collisions), affectant la production de types spécifiques de particules (mésons J/ψ et D0), dont la production supprimée est considérée comme la marque du plasma quark-gluon. Le plasma quark-gluon est l'état dans lequel la matière remplissant l'univers quelques millionièmes de seconde après le Big Bang était , alors que les protons et les neutrons ne s'étaient pas encore formés, composé de quarks ne se liant pas entre eux et alors libres de se déplacer par eux-mêmes.

D'autre part, les interactions proton-néon sont importantes pour étudier également les rayons cosmiques - particules hautement énergétiques, principalement des protons, provenant de l'extérieur du système solaire - lorsqu'ils entrent en collision avec des noyaux dans l'atmosphère terrestre. Le néon est l'un des composants de l'atmosphère terrestre et il est très similaire en termes de taille nucléaire à l'azote et à l'oxygène beaucoup plus abondants.

Cette technique d'injection de gaz a été conçue à l'origine pour mesurer la luminosité des faisceaux de l'accélérateur, mais son potentiel a été rapidement reconnu par les physiciens de LHCb et il est désormais également utilisé pour des mesures de physique dédiées. En 2015 et 2016, l'expérience LHCb a déjà réalisé des protons spéciaux-hélium, essais proton-néon et proton-argon. En octobre de cette année, pendant huit heures seulement, les noyaux de xénon accélérés et entrés en collision avec le LHC, permettant aux quatre grandes expériences du LHC d'enregistrer pour la première fois des collisions xénon-xénon.

Cette récente période proton-néon de 11 jours permettra aux physiciens de collecter un ensemble de données 100 fois plus grand que toutes les données de collision proton-néon collectées jusqu'à présent au LHC, et les premiers résultats des analyses sont prévus pour l'année prochaine.