Une équipe de physiciens américains, dirigée par Wei Li, s’est vue attribuer une subvention de 15,5 millions de dollars sur cinq ans par le Bureau de la physique nucléaire du Département de l’énergie des États-Unis (DOE) dans le cadre du programme Compact Muon Solenoid (CMS) ou Solénoïde compact pour muons.
L’expérience CMS est l’un des deux grands détecteurs de physique des particules polyvalents construits sur le Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN, l’organisation européenne pour la recherche nucléaire située à la frontière entre la France et la Suisse.
L’équipe du Rice comprend le chercheur principal associé Frank Geurts et les chercheurs Nicole Lewis et Mike Matveev. Sous la direction de Li, un effort collaboratif entre le Rice, le Massachusetts Institute of Technology, l’Oak Ridge National Lab, l’University of Illinois Chicago et l’University of Kansas sera entrepris pour développer un détecteur de synchronisation au silicium ultra-rapide appelé endcap timing layer (ETL).
Cette technologie de pointe constitue un élément crucial des mises à niveau de l’expérience CMS et est sur le point de bousculer notre compréhension de la physique fondamentale.
L’ETL, outil pour l’étude le plasma quark-gluon et la force nucléaire forte
Selon Wei Li, professeur de physique et d’astronomie à Rice, « L’ETL permettra des avancées scientifiques dans le domaine des collisions d’ions lourds, nous permettant d’explorer les propriétés d’un nouvel état remarquable de la matière appelé plasma quark-gluon. Cela offre à son tour des informations précieuses sur la force nucléaire forte qui lie les particules au cœur de la matière. »
Les caractéristiques clés de l’ETL comprennent deux disques de chaque côté du détecteur CMS, représentant la moitié de l’ensemble du projet international ETL et offrant une résolution temporelle de 30 picosecondes par particule. Le détecteur permettra des capacités d’identification des particules sans précédent grâce à des mesures précises du temps de vol, contribuant au Grand collisionneur de hadrons à haute luminosité (HL-LHC), une mise à niveau du LHC qui devrait être lancée en 2029.
HL-LHC : luminosité accrue pour des découvertes scientifiques
Le HL-LHC fonctionnera à environ 10 fois la luminosité de la configuration d’origine du collisionneur. L’augmentation de la luminosité produit plus de données, permettant aux physiciens d’étudier les mécanismes connus de manière plus détaillée et d’observer de nouveaux phénomènes rares qui pourraient se révéler. Par exemple, le HL-LHC produira au moins 15 millions de bosons de Higgs par an, contre environ trois millions collectés lors du fonctionnement du LHC en 2017.
Une fois achevé, l’ETL permettra d’étudier un large éventail de phénomènes physiques, notamment l’étude du plasma quark-gluon, la recherche du boson de Higgs, mais aussi les dimensions supplémentaires et les particules qui pourraient constituer la matière noire.
Un projet aux retombées scientifiques majeures
Au-delà de son impact sur le LHC, les résultats du projet ETL ont un potentiel considérable de synergie avec d’autres installations de pointe comme le collisionneur électron-ion au Brookhaven National Laboratory du DOE à Long Island, New York. Le projet est destiné à façonner le paysage scientifique de la prochaine décennie.
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