Une découverte promet d’aider les physiciens à comprendre la nature de la particule la plus abondante de l’univers

Les travaux pourraient également faire la lumière sur les neutrinos cosmiques qui parcourent de grandes distances et entrent en collision avec la Terre, offrant une fenêtre sur des parties éloignées de l’univers.

C’est le dernier résultat de l’expérience Forward Search, ou FASER, un détecteur de particules conçu et construit par un groupe international de physiciens et installé au CERN, le Conseil européen pour la recherche nucléaire à Genève, en Suisse. Là, FASER détecte les particules produites par le Grand collisionneur de hadrons du CERN.

“Nous avons découvert des neutrinos provenant d’une toute nouvelle source – collisionneurs de particules – où vous avez deux faisceaux de particules qui se brisent à une énergie extrêmement élevée », a déclaré le physicien des particules de l’UC Irvine et co-porte-parole de la collaboration FASER, Jonathan Feng, qui a lancé le projet, qui implique plus de 80 chercheurs de l’UCI et 21 institutions partenaires.

Brian Petersen, physicien des particules au CERN, a annoncé les résultats dimanche au nom de FASER lors de la 57e conférence Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories en Italie.

Les neutrinos, qui ont été co-découverts il y a près de 70 ans par le regretté physicien de l’UCI et lauréat du prix Nobel Frederick Reines, sont la particule la plus abondante dans le cosmos et “ont été très importants pour établir le modèle standard de la physique des particules”, a déclaré Jamie Boyd, un physicien des particules au CERN et co-porte-parole du FASER. “Mais aucun neutrino produit dans un collisionneur n’a jamais été détecté par une expérience.”

Depuis les travaux révolutionnaires de Reines et d’autres comme Hank Sobel, professeur de physique et d’astronomie à l’UCI, la majorité des neutrinos étudiés par les physiciens sont des neutrinos de basse énergie. Mais les neutrinos détectés par FASER sont la plus haute énergie jamais produite dans un laboratoire et sont similaires aux neutrinos trouvés lorsque des particules de l’espace lointain déclenchent des pluies de particules spectaculaires dans notre atmosphère.

“Ils peuvent nous parler de l’espace lointain d’une manière que nous ne pouvons pas apprendre autrement”, a déclaré Boyd. “Ces neutrinos de très haute énergie dans le LHC sont importants pour comprendre des observations vraiment passionnantes en astrophysique des particules.”

FASER lui-même est nouveau et unique parmi les expériences de détection de particules. Contrairement à d’autres détecteurs du CERN, comme ATLAS, qui s’élève sur plusieurs étages et pèse des milliers de tonnes, FASER pèse environ une tonne et s’intègre parfaitement dans un petit tunnel latéral au CERN. Et il n’a fallu que quelques années pour concevoir et construire en utilisant des pièces de rechange d’autres expériences.

“Les neutrinos sont les seules particules connues que les expériences beaucoup plus importantes du Large Hadron Collider sont incapables de détecter directement, donc l’observation réussie de FASER signifie que le plein potentiel physique du collisionneur est enfin exploité”, a déclaré Dave Casper, physicien expérimental de l’UCI.

Au-delà des neutrinos, l’un des autres objectifs principaux de FASER est d’aider à identifier les particules qui composent la matière noire, qui, selon les physiciens, comprend la majeure partie de la matière dans l’univers, mais qu’ils n’ont jamais observée directement.

Le FASER n’a pas encore trouvé de signes de matière noire, mais le LHC étant sur le point de commencer une nouvelle série de collisions de particules dans quelques mois, le détecteur est prêt à enregistrer toutes celles qui apparaissent.

“Nous espérons voir des signaux excitants”, a déclaré Boyd.