Juska Pekkanen, doctorant à l'Université Aalto, fait partie d'un groupe travaillant avec les énergies de collision les plus élevées jamais atteintes.

Les travaux du centre de recherche du CERN en Suisse sont devenus largement connus lorsque la découverte du boson de Higgs, lauréat du prix Nobel 2013, a complété le modèle standard de la physique des particules. Ce que Pekkanen et des milliers d'autres physiciens du CERN font maintenant, est d'explorer des phénomènes qui dépassent la compréhension actuelle du monde subatomique.

Par exemple, seulement 15 pour cent de la masse de l'univers entier peut être représenté maintenant avec de la matière visible normale, le reste est de la matière noire dont on connaît très peu. Un mystère tout aussi enveloppé est l'énergie noire qui fait s'étendre l'univers et éloigne les corps célestes les uns des autres.

"Parce que ces questions et bien d'autres restent sans réponse, il faut essayer de les assumer et comprendre des phénomènes qui n'ont aucune explication dans la physique actuelle, " dit Pekkanen.

Une façon de le faire, est de faire entrer en collision des protons - les noyaux des atomes d'hydrogène - à des vitesses et des énergies extrêmement élevées, et d'étudier ce qui sort des accidents. Pekkanen et ses collègues se sont concentrés sur les sursauts de particules appelés « jets » qui naissent lorsque des protons entrent en collision. Ces événements pourraient contenir de faibles signes de particules complètement nouvelles.

Autopsies de millions de salves de particules

L'étude des jets au niveau des particules est devenue un domaine naissant en physique, surnommé par Pekkanen et ses collègues de l'expérience CERN Compact Muon Solenoid (CMS) comme « jet particology ». Ils enregistrent les collisions dans le grand collisionneur de hadrons du CERN et mesurent leurs conséquences. Pratiquement chaque collision produit des jets, ou des salves de dizaines de particules constituées de quarks et de gluons. Les chercheurs comptent l'énergie totale dans les jets et mesurent comment leur énergie est transportée par différents types de particules.

"Nous essayons d'avoir une compréhension aussi détaillée que possible des jets avec les millions de capteurs dans nos 20 mètres de long, Détecteur de 15 000 tonnes. Plus nous obtenons de précision avec nos mesures, plus il devient facile de découvrir de nouvelles particules, " dit Pekkanen.

Les milliers de signaux que certains des millions de capteurs captent doivent être triés avec des algorithmes complexes. En recréant les événements avec des simulations informatiques, les capteurs peuvent être affinés.

Les jets pourraient, selon Pekkanen, également être la clé pour trouver de nouvelles particules massives. Il s'est concentré sur des événements où une collision de particules produit deux jets qui éclatent dans des directions opposées.

"Ces événements pourraient être le point où une particule inconnue est d'abord née puis se désintègre instantanément en d'autres particules. Nous analysons des milliards de ces collisions et voyons si nous repérons des anomalies qui pourraient être le signe d'une nouvelle particule révolutionnaire, " explique Pekkanen.

L'étude utilise le niveau d'énergie le plus élevé jamais atteint dans le Grand collisionneur de hadrons :13 téraélectronvolts. Pour un seul proton, c'est beaucoup, à peu près l'énergie cinétique d'un moustique volant. Comptez toutes les énergies de protons ensemble :assez pour piloter un jumbo jet.

Les expérimentations vont se poursuivre :D'ici fin 2022, les physiciens s'attendent à collecter jusqu'à dix fois plus de données.

"Jusqu'à présent, nous n'avons pas trouvé la prochaine nouvelle particule massive. Cela signifie qu'il est nécessaire de concevoir la prochaine génération de collisionneurs et de détecteurs de hadrons pour atteindre des énergies encore plus élevées - et, espérons-le, une nouvelle physique tant attendue."