MoEDAL : passif, mais néanmoins très actif !

MoEDAL, constitué presque entièrement de détecteurs passifs, est une expérience pionnière conçue pour la recherche de particules hautement ionisantes révélatrices d’une nouvelle physique, comme des monopôles magnétiques ou des particules chargées stables ou pseudo-stables massives. Les premiers détecteurs d’essai ont été déployés au point 8 du LHC en 2012, puis analysés en 2013. Le détecteur MoEDAL complet a été installé pendant l’hiver 2014 afin que l’acquisition de données commence cette année, pendant la deuxième période d’exploitation.

 

Systèmes de détection de MoEDAL, installés au point 8 du LHC.

Le programme de physique très innovant de MoEDAL définit plus de 30 scénarios qui correspondent à des perspectives potentiellement révolutionnaires sur des questions fondamentales, comme par exemple : y a-t-il des dimensions supplémentaires ou de nouvelles symétries ? La charge magnétique existe-t-elle ? Quelle est la nature de la matière noire ? Que s’est-il passé au moment du Big Bang ? MoEDAL a pour mission d’explorer ces grandes questions, aux frontières de la discipline.

MoEDAL, qui a été mis dans sa configuration finale pendant l’hiver 2014, est maintenant 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. Ses détecteurs de traces nucléaires en plastique agissent comme une pellicule photo qui ne serait sensible qu’à la nouvelle physique : si une particule stable fortement ionisante, telle qu’un monopôle magnétique ou une particule supersymétrique stable massive, traverse les détecteurs de MoEDAL, elle produit des dommages dans le plastique au niveau des liaisons polymériques, dans une petite région cylindrique autour de sa trajectoire. 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 en différé à l’aide d’un microscope optique. Leur dimension, leur forme et leur alignement donnent des informations précises sur la charge et la direction du déplacement des particules fortement ionisantes incidentes, et révèlent ainsi la nature de particules annonciatrices d’une physique au-delà du Modèle standard, en vue de recherches ultérieures. Par exemple, le monopôle magnétique, s’il existe, laissera un ensemble très caractéristique de piqûres colinéaires.

Le piège à monopôles magnétiques (MMT, Magnetic Monopole Trapper) est le deuxième système de sous-détection de MoEDAL ; il est constitué d’un ensemble de modules en aluminium pesant environ une tonne, déployés à l’intérieur de la caverne de MoEDAL. Une partie des particules massives fortement ionisantes sera capturée dans le détecteur MMT. Les modules du MMT ayant été exposés à ces particules seront analysés à l’installation SQUID de l’École polytechnique fédérale de Zurich pour déceler la présence de monopôles capturés, puis au SNOLAB pour rechercher les désintégrations de particules électriquement chargées à très longue durée de vie. Le détecteur MMT a des capacités exceptionnelles de capture de ce type de particules, en vue de recherches ultérieures. Le niveau de rayonnement de l’environnement de MoEDAL est surveillé par un troisième système, un système de détecteur à pixels TimePix, sorte d’« appareil photo numérique » en temps réel.

Depuis que l’expérience a été approuvée par le CERN en 2010, la taille de la collaboration MoEDAL a triplé ; elle regroupe maintenant 66 physiciens, issus de 23 universités et instituts de 13 pays, répartis sur quatre continents.

par MoEDAL Collaboration