La technologie est poussée à ses limites. Les mises à niveau du grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN prévue pour les prochaines années augmenteront les taux de transfert de données au-delà de ce que le détecteur de neutrinos actuel pour l'expérience Faser peut faire face, ce qui nécessite qu'il soit remplacé par un nouveau type de détecteur plus puissant.
Il s'agit d'une tâche que le professeur physicien Matthias Schott de l'Université de Bonn s'attaquera.
Extrêmement léger, électriquement neutre et trouvé presque partout dans l'univers, les neutrinos sont parmi ses particules les plus omniprésentes et donc l'un de ses éléments de base. Pour les chercheurs, cependant, ces particules élémentaires pratiquement sans masse sont toujours des «particules fantômes».
« Ils interagissent avec la matière si rarement que des milliards d'entre eux passeront par notre corps sans laisser de trace », explique le professeur Matthias Schott de l'Institut de physique de l'Université de Bonn. « Cela rend extrêmement difficile de les détecter. »
Nouveau détecteur pour gérer des taux de transfert de données plus élevés
En 2023, des chercheurs travaillant sur l'expérience Faser (Forward Search Experiment) au LHC, une partie de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), ont réussi à détecter les neutrinos produits dans des collisions de proton-proton pour la première fois.
Cela a inauguré une nouvelle ère de recherche sur les neutrinos à haute énergie, notamment car l'expérience du détecteur compact est idéale pour détecter les neutrinos produits dans des collisions impliquant une très grande quantité d'énergie.
Au cours des prochaines années, cependant, le LHC doit être mis à niveau vers le « LHC à haute luminosité » afin de lui donner encore plus de puissance. Cela augmentera son taux de collision de trois à quatre par rapport à son niveau actuel de 600 millions par seconde et multipliera le volume de données qu'elle traite d'un facteur d'environ 20.
« Cette mise à niveau rendra le concept de détecteur actuel de Faser obsolète, car les débits de données que nous attendons seront tout simplement trop élevés », explique Matthias Schott, qui est également membre de la modélisation et des zones de recherche transdisciplinaires (TRAS) de la modélisation et de la matière à l'Université de Bonn.
« Dans le cadre du projet Koselleck, mon équipe développera donc le tout premier détecteur de neutrinos actif dédié pour le LHC qui est spécialement conçu pour être utilisé pendant la phase de luminosité élevée et peut gérer les taux de transfert de données élevés. »
Cela utilisera une technologie, connue sous le nom de détecteurs GridPix, dont les chercheurs de Bonn ont déjà acquis une vaste expérience. « Ces détecteurs nous permettent de mesurer précisément les interactions des neutrinos », explique Schott. Cela pourrait ouvrir la voie à étudier comment deux saveurs de neutrinos – électron et des neutrinos muon – interagissent dans une gamme d'énergie qui n'a pas été étudiée à ce jour.
« Nous pourrions même trouver la première indication expérimentale de l'existence de neutrinos anti-tau. Des interactions comme celle-ci n'ont jamais encore pu être détectées directement. »
