Quand les étudiants attrapent des rayons cosmiques

Des étudiants du programme Quarknet (États-Unis) installent leur détecteur à muons dans la salle d’exposition de CMS.

Quand vous êtes lycéen, l’été signifie souvent plage et sorties entre amis. Pas pour Tony Coiro et Caleb Phillips qui, dans le cadre du programme Quarknet, ont passé l’été à créer un détecteur de muons modèle réduit, que l’on peut voir actuellement dans la salle d’exposition de CMS. La semaine dernière, ils étaient au CERN pour l’installer. «J’ai adoré ce projet – vraiment adoré, explique Tony. Nous avons travaillé de la mi-juin jusqu’au 2 août, cinq jours par semaine, cinq heures et demie par jour. Et chaque minute fut un régal».

Quarknet est un programme national américain dont l’objectif est de permettre à des enseignants et des étudiants du secondaire de participer à des recherches en physique et aux expériences du LHC. Chaque été, les physiciens qui prennent part à ces projets se tournent vers les établissements qu’ils ont eux-mêmes fréquentés pour trouver des étudiants et des enseignants intéressés. «Le programme a été lancé en 1999. Depuis, quelque 150 à 200 physiciens y ont pris part et, actuellement, il concerne 54 universités et laboratoires», explique Dan Karmgard, de l’Université Notre Dame (Indiana), coordinateur des activités de sensibilisation de CMS aux États-Unis.

Le projet sur lequel ces étudiants et ces enseignants ont travaillé à l’Université Notre Dame a trait directement à la technologie du LHC. Leur détecteur, qui enregistre les muons des rayonnements cosmiques, est constitué de matériaux similaires à ceux du calorimètre hadronique de CMS. Lorsqu’un muon traverse le détecteur, les plaques de scintillateur plastique émettent des photons, qui sont transportés par des fibres vers un tube photomultiplicateur où ils sont convertis en impulsions électriques. Lorsqu’un événement est enregistré sur les quatre plaques à la fois, on a une coïncidence. «Là, explique Tony, vous savez que vous avez un muon».

Le détecteur peut être commandé par un écran tactile interactif. Les plaques rectangulaires sont installées à l’intérieur d’une structure cylindrique que le visiteur peut faire tourner ; ainsi, lorsqu’il fait varier la surface exposée aux rayons cosmiques, il peut voir les chiffres du compteur augmenter ou diminuer. Le visiteur peut même mettre ses mains entre les plaques et constater que cela n’affecte en rien le compteur. Preuve que les muons sont si pénétrants qu’ils traversent directement la matière. «Nous voulions que les étudiants construisent quelque chose d’intéressant à observer, de ludique et en même temps de pédagogique», explique Danielle McDermott, enseignante.

Précédemment, toujours dans le cadre du programme Quarknet, des étudiants et des enseignants avaient réalisé des câblages pour le détecteur CMS, construit et installé certains éléments et aidé à la mise en service. L’été prochain, le LHC devrait produire des données qui seront mises à la disposition des futurs participants. «Nous fournirons des données en temps réel. À eux ensuite de les dépouiller, de déterminer l’objet de leur recherche et d’essayer de comprendre ce que fait un scientifique dans la réalité. Cette fois-ci, l’accent sera mis sur un autre aspect : moins de construction et plus de raisonnement», explique Dan.

Les étudiants peuvent également faire valoir leurs recherches pour leur inscription à l’université. «Un certain nombre d’entre eux ont rédigé des articles qui ont été publiés, par exemple dans la revue Nuclear Instruments and Methods», ajoute Dan. Tony et Caleb doivent désormais choisir une orientation professionnelle et la physique et la technologie sont en tête de liste. «Je pense que ce projet amène à s’intéresser à la physique. J’ai adoré travailler sur cette version simplifiée de l’intérieur de CMS. Quelle belle manière de passer l’été !» explique Caleb. Et Tony d’acquiescer : «Travailler tout l’été et venir ici pour construire à nouveau ce détecteur, c’était formidable. Bien plus amusant que de rester allongé sur une plage.»