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Le LHC prêt à chasser le boson de Higgs avec son trajectographe

ActualitéClassé sous :physique , boson de higgs , supersymétrie

Installé dans le détecteur CMS, ce trajectographe à rubans de silicium (le plus grand du monde) permettra de suivre précisément la trajectoire de particules chargées. On peut espérer grâce à lui mettre en évidence d'hypothétiques objets, dont le fameux boson de Higgs, mais au prix d'un appareillage d'une complexité paroxystique.

Une vue aérienne de la localisation du tunnel du LHC. Crédit : Cern

Le détecteur CMS (Compact Muon Solenoid) est l'un des détecteurs géants principaux qui équipent le LHC (Large Hadron Collider), l'accélérateur de particules européen bientôt en service. Son but est similaire à celui d'Atlas : la découverte du très attendu boson de Higgs et la recherche des particules supersymétriques. Il est en place depuis le 18 décembre 2007.

Pour mettre en évidence la formation, fugace, de bosons de Higgs, CMS détectera des paires de muons et d'anti-muons, que la mystérieuse particule produit indirectement (voir le schéma), un phénomène qui fournit l'une des voies de détection possibles. CMS sait identifier facilement muons et anti-muons et peut en mesurer précisément les énergies et les impulsions. En évaluant ces caractéristiques, on peut remonter à l'apparition d'un boson de Higgs et mesurer sa masse.

Lorsque deux protons (p) entrent en collision, il existe une probabilité — très faible — qu’un boson de Higgs (H0) soit créé. Celui-ci peut alors se désintégrer en deux bosons électrofaibles (Z0), partant dans des directions opposées, qui à leur tour se désintégreront en deux paires de muons et d’anti-muons. (µ- et µ+). Crédit : Cern

Une des machines les plus complexes de l'histoire de l'humanité

Comme tous les éléments importants des détecteurs équipant le LHC, les chiffres caractéristiques du trajectographe au silicium de CMS donnent le vertige. Sa surface totale est de 205 m2. Ses capteurs à semi-conducteurs sont dotés de 10 millions de rubans détecteurs individuels, lus par 80.000 puces électroniques. Les données obtenues sont ensuite transmises par 40.000 fibres optiques au système d'acquisition de CMS.

Au final, les capteurs au silicium, montés avec une précision meilleure que le diamètre d'un cheveu (100 microns), permettent de reconstituer la trajectoire des particules chargées qui seront produites lors des collisions de particules dans le LHC, au cœur du détecteur CMS, avec une précision supérieure à 20 microns.

Le trajectographe de CMS. Cliquez pour agrandir. Crédit : Cern

Tout comme Atlas, on peut considérer que CMS est l'une des machines les plus complexes jamais réalisées dans l'histoire de l'humanité. L'ensemble du système destiné au LHC produira d'ailleurs des données à une fréquence plus élevée que le réseau téléphonique mondial !

Ce n'est pas étonnant si l'on sait qu'un boson de Higgs, par exemple, n'est supposé être produit que toutes les 1013 (10.000.000.000.000) collisions. Même avec 800 millions de collisions par seconde, il n'apparaîtra qu'un seul boson de Higgs par jour dans les détecteurs du LHC...

Une entreprise titanesque est donc devant les chercheurs. Mais le jeu en vaut la chandelle : une compréhension profonde de l'Univers de l'infiniment petit à l'infiniment grand.

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