Première année de prise de données à haute énergie pour MoEDAL

MoEDAL, expérience LHC conçue pour la recherche d’avatars fortement ionisants révélateurs d'une nouvelle physique, par exemple des monopôles magnétiques ou des particules chargées pseudo-stables massives, a enregistré des données sur des collisions proton-proton et plomb-plomb à haute énergie. La collaboration MoEDAL se distingue notamment par sa composition ; elle compte en effet un institut d’enseignement secondaire parmi ses membres.

Représentation du détecteur MoEDAL dans la caverne de LHCb. (Photo : collaboration MoEDAL)

Le programme de physique de MoEDAL consiste en l’étude de plus de 34 scénarios susceptibles d’ouvrir des perspectives potentiellement révolutionnaires sur des questions fondamentales, par exemple : y a-t-il des dimensions supplémentaires ou de nouvelles symétries ? D’où vient le mécanisme à l’origine de la masse ? 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 utilise plusieurs méthodologies non conventionnelles, spécialement adaptées pour permettre la découverte d’une nouvelle physique. MoEDAL, dispositif en grande partie passif situé au point 8 du LHC, a deux fonctions. D’une part, il fonctionne comme un gigantesque appareil photo composé de détecteurs de traces nucléaires sensibles uniquement à une nouvelle physique, qui sont analysés en différé par des microscopes à balayage ultra-rapide. D’autre part, il a la capacité exceptionnelle de piéger des particules fortement ionisantes, messagères d’une physique au-delà du Modèle standard (par exemple le monopôle magnétique), en vue de recherches ultérieures. Enfin, le niveau de rayonnement de l’environnement de MoEDAL est surveillé par un système de détecteur à pixels TimePix en temps réel à la pointe de la technologie.

Vue de l'expérience MoEDAL, installée au point 8 du LHC. (Photo : collaboration MoEDAL)

Le détecteur MoEDAL complet a été installé pendant l’hiver 2014, et il a officiellement commencé à enregistrer des données au printemps 2015. « Tout en mettant la dernière main à l’installation de nos détecteurs, nous analysons les premières données de 2012, enregistrées par des détecteurs d’essai, qui ont été exposés à des collisions proton-proton et à des collisions d’ions lourds, explique James Pinfold, physicien de l’Université d’Alberta et porte-parole de la collaboration MoEDAL. La rédaction de notre premier article sur nos résultats de physique, qui se fondent sur des données enregistrées par un prototype de station de piégeage déployé pour des collisions d’une énergie de 8 TeV dans le centre de masse, touche à sa fin. Nous disposons à présent d’une première année de données enregistrées avec des collisions proton-proton à 13 TeV et des collisions plomb-plomb, et nous attendons avec impatience le redémarrage du LHC en mars. »

Des membres de l’expérience MoEDAL présents à l’exposition d’été de la Société royale, « de service » lors de la première soirée. De gauche à droite : Arttu Rajantie (Imperial College, Londres), Edward Gillman (Imperial College, Londres), Mairi Sakellariadou (King's College, Londres), James Pinfold (Université d’Alberta), Anna Evans (École Simon Langton), Caitlin Cooke (École Simon Langton) et Becky Parker (École Simon Langton). (Photo : collaboration MoEDAL)

La sensibilité de MoEDAL vient compléter celle des autres détecteurs du LHC ; elle permet d’étendre le potentiel de découvertes du LHC, grâce à l’utilisation de détecteurs qui ne sont sensibles à aucune des particules du Modèle standard et qui ne réagissent pas au bruit de fond ni aux faux signaux. Surtout, MoEDAL est le premier détecteur installé sur un collisionneur capable de fournir un enregistrement permanent d’une éventuelle nouvelle physique qui puisse être examiné à maintes reprises.

La collaboration MoEDAL a vu sa taille tripler depuis son approbation finale en 2010, et elle réunit à présent 66 groupes de physiciens de plus de 20 instituts, sur quatre continents. En plus d’instituts de recherche et d’universités bien établis, la collaboration peut également compter sur la contribution exceptionnelle d’une vingtaine d’élèves de la Simon Langton Grammar School, au Royaume-Uni. « Les élèves de l’école Langton sont connus pour leur maîtrise du détecteur TimePix, qui est l’un des détecteurs clés de notre appareil », confirme James Pinfold.

En 2015, la Société royale de Londres a choisi l’expérience MoEDAL du CERN et sa « quête de monopôles » pour participer à son exposition Summer Science. « Les visiteurs ont participé à un grand nombre d’activités, raconte James Pinfold. Ils ont pu imaginer leur propre détecteur de monopôles, participer au projet Citizen Science en cherchant en direct des traces de monopôles dans les détecteurs en plastique exposés, et tester les volumes de piégeage de MoEDAL pour déceler d’éventuels monopôles capturés. De plus, grâce à une application développée par les élèves de l’école Langton, ils ont pu visualiser un monopôle de Dirac et étudier la radioactivité avec leurs téléphones portables en utilisant une puce TimePix de MoEDAL. » Une expérience vraiment inoubliable pour les milliers de visiteurs de l’exposition !

par CERN Bulletin