Run 3, un nouveau chapitre pour le LHC (1/4)

Après une cure de jouvence de trois ans, les installations du LHC viennent d’être redémarrées. La collecte de données à venir auprès du collisionneur géant du Cern sera deux fois plus importante que les précédentes périodes d’exploitation. De quoi lever un peu plus le voile sur les secrets de la matière élémentaire.

Plus d'informations : https://www.in2p3.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/au-cern-les-scientifiques-reprennent-l-exploration-de-l-univers

Une nouvelle méthode expérimentale basée sur la technologie de détection sous-marine de KM3NeT et sur les nouvelles générations de pixels ultra-rapides pourrait permettre de résoudre un des plus grands mystères de l’Univers : l’apparition de la matière.

En effet, lors du Big-Bang l’Univers contient seulement de l’énergie. Par la fameuse équivalence d’Einstein, E=mc2, cette énergie peut être convertie sous forme de masse, mais les lois de la physique stipulent que cette masse doit être composée d’autant de matière que d’anti-matière. Or matière et anti-matière s’annihilent et se transforment à nouveau en énergie empêchant ainsi l’existence durable de matière.

Pour que l’Univers que nous connaissons puisse s’être formé, un phénomène a dû briser cette boucle. On soupçonne les neutrinos d’avoir eu un rôle déterminant par le biais d’un paramètre clé, δCP. Selon la valeur de δCP, les lois de la physique peuvent se révéler différentes pour les neutrinos et les anti-neutrinos permettant ainsi de donner durablement la prévalence à la matière.

La mesure de δCP est le défi majeur des décennies à venir en physique des neutrinos et des projets colossaux sont mis en œuvre aux États-Unis d’Amérique et au Japon pour y parvenir.

En alliant les avancées faites sur les détecteurs à pixels et la technologie de détection des neutrinos développée pour KM3NeT-ORCA, la méthode du tagging des neutrinos permet de faire la mesure de δCP avec une précision inégalable et pour des coûts très réduits. A terme cette méthode expérimentale pourrait être implémentée à plusieurs endroits. L’option la plus pertinente semble aujourd’hui être entre le CERN et le site grec de KM3NeT.

Plus d'informations sur KM3NeT :

• article scientifique : https://epjc.epj.org/articles/epjc/abs/2022/05/10052_2022_Article_10397/10052_2022_Article_10397.html

• équipe astroparticules neutrinos : https://www.cppm.in2p3.fr/web/fr/recherche/astroparticules/

• collaboration KM3NeT : https://www.km3net.org/

Contact : Mathieu Perrin-Terrin

Sylvain Gouyou Beauchamps, post-doctorant au CPPM, a reçu le Prix Euclid STAR 2022 dans la catégorie « étudiant ». Il a défendu sa thèse de doctorat au CPPM en décembre 2021, portant sur l'extraction des paramètres cosmologiques dans le cadre de la future mission spatiale européenne Euclid. Son travail s'est en particulier focalisé sur différents aspects de la fonction de vraisemblance ainsi que sur la prédiction de la super sample covariance, éléments cruciaux pour les analyses cosmologiques et l'étude de la structure à grande échelle de l'Univers. Il a en particulier montré que la super sample covariance présente dans le relevé photométrique d'Euclid, et provenant du fait que l'Univers ne peut être observé dans son entièreté, affecte fortement les contraintes cosmologiques que le relevé Euclid pourra obtenir sur les paramètres d'énergie noire, qui sont les principales cibles de cette mission.

Plus d’informations : - https://www.cppm.in2p3.fr/web/fr/recherche/cosmologie/

Contact : Sylvain Gouyou Beauchamps

Elisabeth Petit, chargée de recherche CNRS, est lauréate de la médaille de bronze 2022 du CNRS pour la qualité de ses travaux de recherche au sein de l’équipe ATLAS du LHC au CERN. Prochainement vous découvrirez en image ses activités...

Plus d'informations :

• https://youtu.be/Xe64s-RkDWM

• https://www.cppm.in2p3.fr/web/fr/recherche/physique_particules/#ATLAS

• https://www.cppm.in2p3.fr/web/fr/diffusion_du_savoir/femmes_science/

• http://atlas.web.cern.ch/Atlas/

Contact : Elisabeth Petit

Les collaborations ATLAS et CMS travaillent activement au développement de leur programme de physique pour la phase haute luminosité du LHC (HL-LHC), dont le démarrage est prévu pour 2029. Dans le cadre de l’exercice de prospective Snowmass, organisé par la Division Particules et Champs de la Société Américaine de Physique, les collaborations ATLAS et CMS ont résumé les sensibilités attendues pour un large panel d’analyses prévues au HL-LHC. Ce résumé combine des résultats extraits du CERN Yellow Report sur la Physique au HL-LHC (2018) ainsi que des nouveaux résultats issus de projections basées sur les analyses récentes exploitant l’ensemble des données du Run 2.

L’étude détaillée du secteur de Higgs va bien évidemment se poursuivre au HL-LHC, qui offrira l’opportunité d’observer des processus de plus en plus rares, tels que la désintégration d’un boson de Higgs en paire de quarks c ou la production d’une paire de bosons de Higgs (un des axes de recherche actuels du groupe ATLAS du CPPM). Le programme de physique au HL-LHC couvrira également la mesure des propriétés des autres particules du Modèle Standard (MS), notamment le quark top et les bosons électrofaibles, mais aussi des mesures des propriétés des hadrons B et du plasma quark-gluon produit dans les collisions d’ions lourds, complémentaires à celles de LHCb et d’ALICE. La recherche directe de physique au-delà du MS occupera une autre part importante des analyses de physique d’ATLAS et CMS au HL-LHC. Des efforts importants seront déployés pour garantir une sensibilité à un grand nombre de modèles, couvrant notamment la recherche de Supersymétrie, de leptoquarks ou de matière noire.

Grâce à son implication forte dans les upgrades du trajectographe ITk et du calorimètre à argon liquide, dans les développements liés à la reconstruction et l’identification des objets au HL-LHC et dans les analyses phares de physique prévues au HL-LHC, le groupe ATLAS du CPPM se positionne d’ores et déjà comme un des acteurs majeurs de cette future phase d’exploitation du LHC. Cette position sera encore renforcée au cours des prochaines années au travers des analyses menées par le groupe pour le Run 3, qui seront l’occasion d’améliorer ces analyses en vue du Run 4.

Plus d'information : https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PUBNOTES/ATL-PHYS-PUB-2022-018/

Contact : Thomas Strebler, physicien dans l’équipe ATLAS du CPPM