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Posté par Adrien le Mercredi 13/12/2017 à 00:00
Une campagne très spéciale pour LHCb
Pour la première fois, l'expérience LHCb au CERN a récolté des données simultanément en mode "collision" et en mode "cibles fixes" : un mode d'exploitation vraiment spécial pour cette campagne spéciale.


Le détecteur LHCb en configuration ouverte. (Image: Anna Pantelia/CERN)

Ces deux dernières semaines ont été occupées par des campagnes spéciales du Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de hadrons (LHC) , après l'exploitation avec protons pour 2017 et avant l'arrêt hivernal. L'une d'elles consistait à effectuer des collisions de protons à une énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) de 5,02 TeV, notamment en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de définir un cadre de référence en vue de l'analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces...) obtenues avec des ions plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.). Ce qu'il y avait de particulier, c'est qu'une faible quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de...) de néon (Le néon est un élément chimique, de symbole Ne et de numéro atomique 10.) a été injectée dans le tube de faisceau à proximité du point (Graphie) d'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de...) de l'expérience LHCb, ce qui a permis aux physiciens de récolter simultanément des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) d'interaction proton-néon et des données d'interaction proton-proton.

Lorsque des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière...) (rares) sont injectés dans le tube de faisceau pour entrer en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) avec des protons, l'expérience LHCb fonctionne en mode " cible fixe ", alors que son mode de fonctionnement habituel est le mode " collision ". Toutefois, contrairement aux expériences traditionnelles à cible fixe, où le faisceau de particules accélérées vient heurter une cible solide ou liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.), ici, les protons accélérés par le LHC percutent une poignée de noyaux de néon, injectés à proximité du point de collision, qui flottent dans le tube de faisceau. Même si ces noyaux polluent, de manière infime, le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) presque parfait du LHC, les conditions qui résultent de cette intrusion - une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) de l'ordre de 10^-7 millibars - restent quand même celles d'un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...) d'ultravide.

Il y a deux raisons principales d'essayer de recueillir des données relatives aux collisions proton-gaz auprès du LHC. En premier lieu, ces données nous aident à comprendre les effets nucléaires (c'est-à-dire liés au type de noyau heurté) ayant une incidence sur la production de certains types de particules (les mésons J/? et D^0, par exemple), dont on considère qu'une production réduite est caractéristique du plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à neutrons avant...) de quarks et de gluons. Le plasma de quarks et de gluons est l'état de la matière (Bien que le concept de phase soit simple, il est difficile de le définir précisément. Une bonne définition de la phase d'un système est « une région de l'espace des paramètres thermodynamiques du système dans...) qui remplissait l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) quelques millionièmes de secondes juste après le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que...), soit avant la formation de protons et de neutrons ; il s'agissait de quarks faiblement liés et pouvant se déplacer librement.

En second lieu, les interactions proton-néon revêtent une certaine importance pour l'étude des rayons cosmiques - des particules de haute énergie, principalement des protons, issues de l'extérieur du système solaire - lorsque ceux-ci entrent en collision avec des noyaux dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) terrestre. Le néon, qui est l'une des composantes de l'atmosphère terrestre, possède un noyau d'une taille très proche de celle des noyaux de l'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2,...) et de l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.), qui sont présents en quantité bien plus abondante.

Si la méthode qui consiste à injecter du gaz a été conçue à l'origine pour mesurer la brillance des faisceaux de l'accélérateur, les physiciens de LHCb ont rapidement décelé son potentiel et l'emploient désormais pour des mesures physiques spécifiques. En 2015 et en 2016, l'expérience LHCb a mené à bien des campagnes spéciales proton-hélium, proton-néon et proton-argon. En octobre de cette année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.), pendant huit heures (L'heure est une unité de mesure  :) seulement, le LHC a accéléré et fait entrer en collision des noyaux de xénon (Le xénon est un élément chimique, de symbole Xe et de numéro atomique 54. Le xénon est un gaz noble, inodore et incolore. Dans une lampe...), ce qui a permis à ses quatre grandes expériences d'enregistrer pour la première fois des collisions xénon-xénon.

Grâce à ces onze jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...) de campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de milieu urbain. La campagne est caractérisée par...) proton-néon, les physiciens pourront recueillir un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) de données cent fois plus volumineux que l'ensemble des données proton-néon récoltées jusqu'alors auprès du LHC. Les premiers résultats des analyses sont prévus pour l'année prochaine.

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Source: Iva Raynova - Copyright CERN