Trouver de nouvelles réponses à de vieilles questions

Le mois dernier, lors de la 107^e réunion du Comité des expériences SPS et PS (SPSC), la collaboration NA63 a fait le bilan de l'année écoulée. Parmi les nombreux résultats présentés figuraient de nouvelles idées dans le domaine de l’électrodynamique quantique expérimentale, dont certaines conduiront à revoir la théorie.

Des membres de la collaboration NA63 travaillent sur l'expérience de production de positons. Image : NA63.

Située dans la zone Nord du SPS du CERN, l’expérience NA63 utilise des faisceaux de haute énergie pour étudier divers processus électromagnétiques observables dans les cristaux. « Cette année a été pour nous très fructueuse, sur le plan de la collecte comme sur le plan de l'analyse de données, indique Ulrik Uggerhoj, porte-parole de la collaboration NA63. Nous avons publié les résultats obtenus à partir des périodes d’exploitations précédentes, mis en place et testé un tout nouveau dispositif d'expérimentation, et recueilli suffisamment de données pour nous occuper durant l'arrêt de 2013. »

En septembre, la collaboration a annoncé un nouveau résultat qui améliore considérablement notre compréhension du beamstrahlung - phénomène rencontré dans les collisionneurs et caractérisé par l’émission d’un rayonnement de type synchrotron provenant des faisceaux en interaction. Prenant pour cibles des cristaux pour créer des paquets de particules opposés virtuels, NA63 a pu simuler l'effet beamstrahlung au moyen d’un seul faisceau. « Nous avons confirmé qu'il existe un effet quantique très important qui réduit réellement le beamstrahlung, explique Ulrik. Lorsque l’on calcule le beamstrahlung au moyen de l'électrodynamique classique, on obtient un résultat environ deux fois supérieur à celui obtenu par la théorie quantique. La correction est donc très importante, en particulier pour des accélérateurs comme le CLIC. »

L'expérience de production de positons dans son ensemble. Au centre de l'anneau doré se trouve le cristal de diamant qui génère le faisceau de positons. Image : NA63.

NA63 a examiné également l'impact de l'effet Landau–Pomeranchuk–Migdal (LPM) au moyen de cibles à faible Z. L’effet LPM a été expérimentalement démontré depuis plus de deux décennies pour les matériaux à Z élevé, mais son applicabilité aux matériaux à faible Z n’a jamais été vérifiée. Son effet, surtout à un tel niveau, est particulièrement important pour les analyses des grandes gerbes atmosphériques, car notre atmosphère riche en azote est elle-même un matériau à faible Z. Les résultats préliminaires de l’expérience NA63 montrent que la théorie LPM dans sa forme la plus couramment utilisée est inexacte pour les matériaux à faible Z. Même si l’importance de la correction qu’il faut apporter à la théorie est encore difficile à estimer, cette indication amènera peut-être les théoriciens à réexaminer le problème.

En 2014, l’expérience s’attachera principalement à étudier une nouvelle technique de production de positons. En bombardant un cristal de diamant avec des électrons, NA63 sera en mesure de produire un faisceau de positons de faible émittance et d’intensité élevée, spécialement adapté aux besoins du CLIC. « Il s’avère que les monocristaux sont très utiles dans ce contexte, explique Ulrik. Il est probable que, dans certains régimes de paramètres du CLIC, ils apportent un gain d’un facteur deux sur la combinaison émittance/intensité. Nous avons effectué des mesures de vérification durant la dernière exploitation, et nous espérons vraiment démontrer la faisabilité de la technique. »

par Katarina Anthony