Alan Schwartz, professeur de physique à l'Université de Cincinnati, pointe du doigt un panneau de quartz de qualité optique dans son laboratoire d'optique. Lui et ses étudiants ont utilisé ces panneaux de quartz pour construire un nouveau détecteur pour le collisionneur de particules SuperKEKB du Japon. Crédit :Andrew Higley/UC Creative
Des physiciens de l'Université de Cincinnati ont célébré un nouveau record du monde dans le cadre d'une équipe de recherche travaillant sur un collisionneur de particules japonais.
Le collisionneur SuperKEKB a observé un taux record de collisions de particules, appelé luminosité, depuis son lancement en 2018. Et ce n'est que le début. Le collisionneur devrait battre ce record 40 fois dans les années à venir alors que les chercheurs tentent d'expliquer les principes de base de l'univers.
Les physiciens de l'UC Kay Kinoshita et Alan Schwartz étudient plusieurs sujets, notamment la matière noire, qui est censé constituer la majorité de la matière dans l'univers mais n'a pas été observé, au moins directement.
"Nous espérons que notre expérience sur l'accélérateur pourra détecter la matière noire si elle existe d'une manière qui n'a jamais été sondée auparavant, " dit Kinoshita.
Plus de collisions signifient plus d'opportunités d'explorer les énigmes de la physique des particules qui pourraient aider à expliquer les forces fondamentales dans l'univers :comme pourquoi la matière prévaut sur l'antimatière. L'accélérateur tire des positons et des électrons les uns sur les autres autour d'un anneau de 3 kilomètres. Quand ils se heurtent, ils créent souvent une nouvelle matière.
"Nous observons la matière noire indirectement à partir d'observations astronomiques. La question est de quoi s'agit-il ?" dit Kinoshita. "Cette expérience cherche dans de nouveaux coins de possibilité qui se sont ouverts."
Alan Schwartz, professeur de physique à l'Université de Cincinnati, et Boqun Wang, chercheur postdoctoral à l'Université de Californie, assemblent un détecteur à quartz dans une salle blanche de l'Organisation japonaise de recherche sur les accélérateurs de haute énergie. Crédit :UC
Les physiciens des particules sont particulièrement enthousiasmés par SuperKEKB en raison de son potentiel d'observation de phénomènes plus inhabituels.
Schwartz et ses étudiants ont conçu et construit l'un des détecteurs de particules du collisionneur. Ils ont utilisé des barres de quartz de qualité optique fabriquées avec précision qu'ils ont assemblées sur place pour identifier les nouvelles particules créées par les collisions.
"Cette étape représente une avancée significative dans la conception des accélérateurs, " a déclaré Schwartz. " L'accélérateur utilise l'approche dite " nano-faisceaux ", dans lequel les poutres sont comprimées dans le sens vertical pour devenir très minces."
Schwartz a déclaré que cela augmente considérablement la probabilité que des électrons entrent en collision avec des positrons se déplaçant les uns contre les autres à presque la vitesse de la lumière.
Schwartz a déclaré que SuperKEKB aplatira encore plus les faisceaux jumeaux à seulement 60 nanomètres, ou moins de 1% du diamètre d'un cheveu humain. De même, le collisionneur générera plus d'électrons et de positons pour générer plus de collisions et plus de données.
Kay Kinoshita, professeure de physique à l'Université de Cincinnati, explore la matière noire dans le cadre de ses recherches à l'Organisation japonaise de recherche sur les accélérateurs de haute énergie. Crédit :Joseph Fuqua II/UC Creative
La pandémie mondiale a interrompu les voyages internationaux des physiciens de l'UC. Mais SuperKEKB a continué à fonctionner, et l'expérience Belle II pour accumuler des données, grâce aux membres du monde entier qui se relaient 24 heures sur 24 pour surveiller son fonctionnement à distance. Kinoshita a terminé sa formation pour superviser l'un de ces quarts de travail à distance.
"C'est assez intense. Ces expériences sont incroyablement complexes. Tant de choses peuvent mal tourner, " elle a dit.
Mais Kinoshita s'est préparée à cette expérience tout au long de sa carrière universitaire de 38 ans. Elle travaille en physique expérimentale des particules depuis 1982.
"C'est amusant parce que c'est un défi. Vous savez que vous travaillez sur des choses sur lesquelles personne n'a jamais travaillé auparavant, " elle a dit.
