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Challenging the Standard Model using an extended Physics program in LHCb

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Comment les cartes graphiques permettent de capturer l’événement le plus rare de l’univers

Des physiciens ont amélioré un détecteur au Grand collisionneur de hadrons du CERN pour rechercher des particules rares susceptibles de nous éclairer sur la formation de l’univers.

Recherche fondamentale

Le modèle standard de la physique des particules est notre meilleure explication actuelle des lois de la nature. Cependant, il ne permet pas d’expliquer des phénomènes tels que la matière noire, la gravité à l’échelle quantique et le déséquilibre observé entre la matière et l’antimatière dans l’univers.

Lois universelles

Des modèles alternatifs attendent dans les coulisses, comme la supersymétrie. Pour savoir laquelle de ces théories est la plus précise, Diego Martínez Santos, coordinateur du projet BSMFLEET, a examiné une particule subatomique appelée quark étrange, ou «quark s». En de très rares occasions, le quark s se désintègre de manière inattendue en raison d’une violation de saveur. La mesure du taux de ces occurrences indiquerait quel modèle est le plus précis. «Avec le Grand Collisionneur de hadrons (LHC), nous avons un détecteur qui reconstruit les désintégrations de particules, mais n’était pas destiné à sélectionner des quarks étranges», explique Diego Martínez Santos.

Jeux vidéo

Il y a environ six ans, les physiciens ont compris que la désintégration du quark étrange était quelque chose qui pouvait être enregistré par un système de déclenchement modifié au niveau du détecteur LHCb, l’un des quatre principaux détecteurs du CERN. Son équipe, de l’Université de Saint-Jacques-de-Compostelle, a développé ce type de système de déclenchement pour fonctionner sur la période 2016-2019. Plus récemment, le système a été amélioré avec des cartes GPU, plus couramment utilisées pour la résolution graphique dans les jeux vidéo. Les désintégrations de quarks étranges ne dévient pas beaucoup de leur élan initial, ce qui les rend difficiles à observer par rapport au bruit de fond. De plus, le modèle standard prédit que la désintégration inhabituelle recherchée par Diego Martínez Santos n’a qu’une chance sur 200 milliards de se produire, ce qui signifie que Diego Martínez Santos ne recherchait que deux incidences dans toutes les données recueillies de 2015 à 2018. D’autres modèles prévoient une fréquence beaucoup plus élevée — jusqu’à une fois tous les 1 million d’événements. «Le but est de trouver tout écart par rapport au modèle standard: des désintégrations que le modèle est sur le point d’interdire», dit-il. «Dans d’autres modèles, ces événements ne sont pas aussi supprimés, nous déciderions donc lequel devrait remplacer le modèle standard.»

Science lente

Les travaux ont été menés avec le soutien du programme Horizon 2020 de l’UE. «Il aurait été presque impossible de mener cette recherche sans le financement de l’UE», remarque Diego Martínez Santos. Les principales tâches étant désormais achevées, Diego Martínez Santos et son équipe commenceront en 2021 à analyser leurs données, à la recherche de ce qui pourrait s’avérer être l’événement le plus rare jamais enregistré dans le collisionneur de particules géant. Diego Martínez Santos dit que son intérêt pour l’analyse de la physique capturée dans des collisions d’une durée d’un milliardième de seconde vient de son désir: «de mieux comprendre les lois fondamentales de la nature.» Il ajoute: «Peut-être qu’à un moment donné à l’avenir, peut-être dans des siècles, il y aura une application pour ce que nous découvrons. Parfois, il faut du temps pour tirer pleinement parti des avancées qui semblent, au départ, abstraites.»

Mots‑clés

BSMFLEET, univers, physique, LHC, CERN, étrange, quark, muon, désintégration, saveur, violation

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