Le proton vu par TOTEM

TOTEM, l’une des petites expériences auprès du LHC, vient d’enregistrer les premiers candidats de diffusion élastique proton-proton à une énergie de collision de 7 TeV. Étudier la diffusion élastique entre deux protons est un moyen très puissant d’explorer la structure interne du proton, une particule très commune, mais néanmoins encore mal connue.

 

L’un des premiers candidats à un événement élastique enregistré par l’expérience TOTEM. Les traces de protons sont reconstituées au niveau des pots romains à 220 m du point d’intersection IP5 (le schéma n’est pas à l’échelle).

La diffusion élastique entre deux particules en collision est un processus dans lequel l’énergie cinétique des particules est identique avant et après l’interaction ; seule la direction de la propagation est modifiée. En termes plus scientifiques, cela signifie que les particules transfèrent une partie de leur impulsion dans l’interaction, mais non leur énergie. En étudiant ces types de processus, les physiciens peuvent mieux connaître la structure interne des particules en interaction. L’un des buts de l’expérience TOTEM auprès du LHC est d’utiliser cette technique pour sonder le proton.

« Nous sommes contents de voir pour la première fois des candidats à la diffusion élastique et diffractive proton-proton au LHC, souligne Karsten Eggert, porte-parole de TOTEM. L’étude intensive de ces phénomènes a commencé à la fin des années 1970 aux anneaux de stockage à intersections (ISR) et s’est poursuivie à HERA et au Tevatron. » Le programme de physique de TOTEM s’intéresse à la diffusion élastique des deux protons pour une large gamme d’impulsions transférées. Plus l’impulsion transférée est élevée, plus la distance à laquelle un proton sonde l’autre est courte.

Les signaux laissés sur le détecteur TOTEM par une interaction proton-proton dite Double Pomeron Exchange (double échange de pomérons). C’est la première fois qu’une telle interaction est observée à une énergie de collision de 7 TeV.


Pour réaliser ces observations exceptionnelles, TOTEM utilise les détecteurs appelés « pots romains » installés sur une distance de 440 m de part et d’autre du point de collision de CMS (point 5 de l’anneau du LHC). Dans le cas de la diffusion élastique et de nombreux autres événements diffractifs survenant lorsque les protons entrent en collision dans le LHC, les particules doivent être détectées à des angles minuscules (moins de 1 mrad) par rapport à la ligne de faisceau. Les pots romains doivent être placés près de la ligne de faisceau. « Le positionnement de ces dispositifs est une manœuvre très délicate, explique Mario Deile, coordinateur de l’exploitation de TOTEM. Travaillant en collaboration avec l’équipe de collimation de Ralf Assman, nous avons réussi récemment à approcher nos détecteurs au plus près du faisceau, et nous avons pu le positionner avec une grande précision. Nous avons effectué cette manœuvre à 450 GeV par faisceau, et nous le ferons par la suite à 3,5 TeV. À la fin de la manœuvre, les douze pots étaient alignés avec une excellente précision par rapport au centre du faisceau et tout s’est très bien passé. Cela prouve que nous avons acquis des informations détaillées sur notre équipement et sur la machine elle-même. » « Nous avons vu des traces très nettes de particules se diffusant à de très petits angles et longeant la ligne de faisceau. Cela démontre que tous ces détecteurs marchent vraiment bien, » confirme Karsten Eggert.

Même si, à première vue, le proton semble être l’une des particules les mieux connues, sa structure interne est loin d’être entièrement comprise par les physiciens. C’est cette lacune que TOTEM devrait contribuer à combler.


Pour plus d’informations sur l'expérience TOTEM, consultez la page web.
La collaboration TOTEM présentera ses résultats lors du LHC Physics Day organisé par le LPCC le 6 août.


 


par CERN Bulletin