Les deux cristaux pliés pourraient-ils ouvrir la voie à la recherche d'une nouvelle physique? Le modèle standard de physique des particules décrit notre monde à ses plus petites échelles exceptionnellement bien. Cependant, il laisse des questions importantes sans réponse, comme le déséquilibre entre la matière et l'antimatière, l'existence de la matière noire et d'autres mystères.
Une méthode pour trouver la «nouvelle physique» au-delà du modèle standard consiste à mesurer les propriétés de différentes particules aussi précisément que possible, puis à comparer la mesure avec la théorie. Si les deux ne sont pas d'accord, cela pourrait faire allusion à la nouvelle physique et nous laisser lentement reconstituer une image plus complète de notre univers – comme des pièces d'un puzzle.
Un exemple de particules que les physiciens souhaitent étudier plus étroitement sont les « baryons de charme » comme le « lambda-c-plus » (λc+) qui est un «cousin» plus lourd du proton, composé de trois quarks: un, un vers le bas et un charme. Ces particules se décomposent après moins d'un billionième de seconde (10-13 s), ce qui fait de toute mesure de leurs propriétés une course contre le temps. Certaines de leurs propriétés n'ont pas encore été mesurées à haute précision, laissant la place à la nouvelle physique.
Les moments dipolaires magnétiques et électriques des particules présentent un intérêt particulier. Dans le passé, des mesures précises des moments dipolaires dans d'autres particules ont fourni des tests clés des théories établies et, parfois, découvert des surprises qui indiquaient une nouvelle physique.
Un nouveau concept expérimental vise à mesurer les propriétés des baryons de charme en utilisant une cible fixe et deux cristaux courbés. Les moments dipolaires électriques et magnétiques peuvent être mesurés en forçant les particules sur une trajectoire incurvée. Étant donné que les baryons de charme se décomposent extrêmement rapidement, cependant, les techniques conventionnelles utilisant des champs magnétiques ne sont pas suffisamment fortes pour obtenir des résultats mesurables.
Une autre approche pourrait être d'exploiter le fait que les atomes à l'intérieur d'un cristal sont soigneusement organisés comme un réseau tridimensionnel, formant de minuscules canaux lorsqu'ils sont vues à partir de certaines directions. Si un cristal penché est placé à l'intérieur d'un flux de particules chargées, les particules peuvent suivre ces canaux, subissant des déviations autrement hors de portée sur une si courte distance. Ainsi, cela rend possible des mesures sur des particules extrêmement courtes.
Dans toute la configuration, un cristal de silicium plié est inséré près du faisceau de protons à l'intérieur d'un flux de particules appelé « Halo secondaire » – des protons qui s'éloignaient trop loin du centre du faisceau et seraient normalement absorbés par le système de collimation LHC. Ce premier cristal éloigne les particules du faisceau de LHC principal vers une cible en tungstène où les collisions produisent des baryons de charme. Un deuxième cristal de silicium plie ensuite le chemin des particules produit suffisamment suffisamment pour que leurs moments dipolaires puissent être mesurés avec précision avec un détecteur spécialisé.
TWOCRYST a été conçu comme une expérience de preuve de principe, conçu pour tester si le concept fonctionne vraiment dans la pratique – des performances des cristaux à la précision de leur alignement. Après seulement deux ans de préparation, TWOCRYST a été installé dans le LHC au début de l'année.
« La configuration expérimentale est une version simplifiée d'une expérience à part entière, composée de deux cristaux de silicium pliés, d'une cible et de deux détecteurs 2D (un tracker de pixels et un tracker à fibres) », explique le leader de l'étude Pascal Hermes. « L'un des objectifs est de vérifier si les particules peuvent être déviées à travers les deux cristaux en séquence – la soi-disant« double canalisation ».
Les premières mesures à deux tractions en juin à une énergie de 450 GEV ont montré des résultats prometteurs. Tout le matériel nouvellement installé est fonctionnel et opérationnel et, après que les deux cristaux de silicium aient été soigneusement alignés, des particules « à double canon » ont été observées pour la première fois au LHC et à l'énergie la plus élevée jamais réalisée. L'équipe terminera désormais un ensemble de tests supplémentaires à des énergies plus élevées de plusieurs TEV. Des recherches liées antérieures sont également disponibles sur le arxiv serveur de préimprimée.
Toutes les mesures seront analysées en détail pour déterminer si suffisamment de baryons déviés pourraient être collectés pour justifier une expérience à grande échelle. Quel que soit le résultat, TWOCRYST a déjà ouvert un nouveau chapitre d'applications Crystal au LHC. Les résultats de TWOCRYST pourraient bien façonner la conception de futures expériences de cible fixe et de nouveaux concepts de contrôle des faisceaux au LHC et au-delà.
