Dans le nouvel accélérateur SuperKEKB au Japon, les premières collisions de particules de matière et d'antimatière ont été détectées. Des scientifiques de LMU et de l'Universe Cluster sont impliqués dans les expériences.

Les physiciens des particules attendaient ce moment depuis longtemps :Le 26 avril 2018 à 0:38 GMT+09:00 au KEK (Japan's High Energy Accelerator Research Organization) à Tsukuba, des faisceaux de particules de matière et d'antimatière sont entrés en collision pour la première fois dans le nouvel accélérateur SuperKEKB. La nouvelle de ce succès est venue du détecteur, aussi :L'instrument Belle II, qui est aussi un nouveau développement, « vu » et enregistré les traces de particules produites lors de la collision. Les scientifiques espèrent que l'expérience les aidera à comprendre pourquoi le rapport équilibré d'origine de la matière à l'antimatière dans l'Univers a changé, de sorte qu'il ne contient maintenant pratiquement aucun de ces derniers.

Quelle est la clé pour résoudre le mystère matière/anti-matière ? Les scientifiques essaient de le trouver dans les schémas de désintégration des particules à courte durée de vie, Les mésons B en particulier, où un léger excès de matière peut être observé.

Les mésons B sont des paires de quarks avec une caractéristique particulière :l'un des deux quarks est soit un quark de beauté (B-), soit l'antiparticule correspondante. Les mésons B sont produits lorsque des électrons et des positons (anti-électrons) entrent en collision et s'annihilent.

Recherche de désintégrations spéciales

SuperKEKB accélère les électrons et les positons circulant dans des directions opposées avant qu'ils ne soient mis en collision dans le détecteur Belle II. Belle II enregistre et analyse les conséquences de ces collisions. "Les traces de particules doivent être mesurées très précisément si l'on veut détecter des désintégrations qui s'écartent de la norme, " explique le Dr Hans-Günther Moser du Max Planck Institute for Physics (MPP). " Cette tâche incombe à un détecteur de pixels à haute sensibilité, qui est situé directement au point de collision au centre de Belle II. » Le professeur Dr. Thomas Kuhr du LMU ajoute :« En plus des détecteurs améliorés, des algorithmes sophistiqués sont également nécessaires afin de trouver les plus petits écarts lors de l'analyse des grandes quantités de données enregistrées."

Il y a huit ans, des mesures de mise à niveau ont commencé sur l'accélérateur KEK et le détecteur Belle à Tsukuba. L'objectif de ce projet majeur est de multiplier par 40 le rendement des mésons B qui pouvait être atteint auparavant :au cours des 10 prochaines années, la combinaison SuperKEKB-Belle II devrait produire et évaluer environ 50 milliards de mésons B. Cette énorme augmentation du volume de données augmente également les chances de trouver le modèle de décroissance recherché.

Les scientifiques de LMU, l'Univers du Pôle d'Excellence, l'Institut de physique Max Planck et l'Université technique de Munich (TUM) sont impliqués dans la construction du détecteur le plus interne et dans le développement du logiciel d'évaluation des données.

Un accélérateur en anneau sur la dernière ligne droite

Une caractéristique innovante cruciale du SuperKEKB est un anneau de positons nouvellement conçu et un système complexe d'aimants supraconducteurs qui maintiennent les paquets de particules sur la bonne voie. Le nouveau détecteur Belle II, dont les fonctions sont parfaitement adaptées à l'installation, sera mis en service en même temps que l'accélérateur modernisé.

Il y a quelques semaines, un électron et un faisceau de positons ont été introduits. Depuis lors, les scientifiques et le personnel technique ont travaillé pour aligner les faisceaux de particules sur le point de collision à l'intérieur du détecteur Belle II. En outre, les instruments construits au MPP sont actuellement utilisés pour mesurer les signaux de fond qui interféreraient avec les analyses futures. Après cette phase de test, les composants finaux, y compris le détecteur de pixels dans le développement duquel le MPP a joué un rôle crucial, sera installé et calibré. Le plan actuel est que le programme scientifique démarre au début de l'année prochaine.