La septième expérience

MoEDAL, dont le projet vient d’être approuvé, sera donc la septième expérience du LHC. Contrairement aux expériences polyvalentes installées sur l’anneau du LHC, MoEDAL recherchera des objets exotiques très spécifiques tels que les monopôles magnétiques hautement ionisants et les particules supersymétriques massives de charge conventionnelle. Cette expérience est relativement petite, peu coûteuse et d’installation rapide, mais son potentiel de physique est énorme et représentera un réel apport dans le spectre déjà large des domaines explorés par les expériences du LHC.

 

Dans sa configuration finale, MoEDAL sera constitué de dix couches de plastique fixées aux parois et au plafond de la caverne abritant le détecteur VELO de LHCb, au point 8 de l’anneau du LHC. « Lorsqu’une particule stable fortement ionisante, telle qu’un monopôle magnétique ou une particule supersymétrique stable massive, traversera les détecteurs de MoEDAL, elle produira des dommages dans le plastique au niveau des liaisons polymériques, dans une petite région cylindrique autour de la trajectoire, explique James Pinfold, porte-parole de l’expérience. Un traitement chimique ultérieur effectué sur les détecteurs conduit à la formation de piqûres coniques, généralement de l’ordre du micromètre, qui peuvent être observées à l’aide d’un microscope optique. Leur dimension, leur forme et leur alignement donneront des informations précises sur la charge et la direction du déplacement des particules hautement ionisantes incidentes. »

Les particules pour lesquelles MoEDAL est conçu auront une signature très caractéristique dans le détecteur, si bien que, contrairement à ce qui se passe pour d’autres expériences, le bruit de fond n’est pas vraiment un problème. « S’il existe, le monopôle magnétique laissera un ensemble très caractéristique de piqûres colinéaires, explique James Pinfold. Aucune autre particule « normale » ne pourrait produire cette trace très particulière : un seul événement serait déjà très révélateur. »

Les grandes expériences LHC sont conçues pour détecter des particules de charge conventionnelle, suffisamment rapides pour traverser les différentes couches dans la fenêtre de déclenchement de 5 ns. Par ailleurs, les particules très hautement ionisantes seront généralement absorbées bien avant d’avoir complètement traversé le détecteur polyvalent. Un autre problème pourrait être les effets de saturation dans les détecteurs et l’électronique. Ainsi, la détection de particules exotiques ionisantes à déplacement lent et/ou hautement ionisantes est très délicate pour les principales expériences LHC. Or MoEDAL est un dispositif passif, sur lequel les modalités de déclenchement n’ont pas d’incidence, il est constitué de détecteurs capables de mesurer précisément des niveaux d’ionisation des milliers de fois plus élevés que ceux produits par une particule faiblement ionisante. C’est pourquoi James Pinfold affirme que le détecteur MoEDAL vient compléter le rôle des principales expériences LHC dans la recherche d’une nouvelle physique. Comme il l’explique lui-même : « Si MoEDAL observe ne serait-ce que quelques particules candidates, cela indiquera clairement que quelque chose de nouveau et de très intéressant a été produit. À ce moment-là, j’attendrai des autres expériences du LHC qu’elles recherchent très attentivement des signaux correspondants dans leurs détecteurs. »

MoEDAL est une collaboration internationale comprenant environ 25 membres venant de neuf instituts à travers le monde. Le premier mètre carré de plastique a déjà été installé dans la caverne de VELO – comme cela apparaît sur la figure. La surface maximum possible disponible pour les détecteurs est légèrement inférieure à 25 m2 par couche. Pendant la longue exploitation du LHC, les scientifiques de l’expérience MoEDAL étudieront le niveau général des rayonnements dans la caverne. « Si le LHC a un arrêt technique en décembre, nous espérons installer encore cinq mètres carrés de plastique. Pendant le prochain arrêt de longue durée, nous installerons la totalité du détecteur. » Même avec cette installation initiale, MoEDAL sera en mesure de donner une première indication de l’existence éventuelle de nouvelles particules lourdes et hautement ionisantes. Sans aucun doute, comme ses homologues, la septième expérience du LHC sera à la hauteur des attentes très ambitieuses de la communauté de la physique des particules.

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Pour plus d’informations sur MoEDAL, voir ici.

par CERN Bulletin