Le vendredi 21 octobre, à 22 h 15 CEST, l'expérience LHCb (Large Hadron Collider beauty) a franchi une importante étape dans le cadre de ses améliorations de phase I en vue de la troisième période d'exploitation. En effet, son localisateur de vertex, ou VELO, n'a jamais été installé aussi près du faisceau du LHC. Ce processus, appelé « fermeture du VELO » (« VELO closing ») dans le jargon de LHCb, permet à l'expérience de reconstruire les trajectoires des collisions de particules à LHCb avec une extrême précision.

LHCb analyse les particules émises à de petits angles par rapport au point de collision entre les deux faisceaux du LHC. Plus spécifiquement, l'équipe de LHCb recherche un type de particules appelé méson B, qui a pour caractéristique de contenir un quark « beauté ». Les mésons B sont d'une grande importance pour la recherche, car leurs interactions pourraient fournir des indices sur les limites du Modèle standard, qui régit actuellement toute la physique des particules. Plus tôt cette année, s'appuyant sur des données de la version antérieure du détecteur, l'expérience LHCb a annoncé la découverte de nouveaux types d'asymétrie entre la matière et l'antimatière ainsi que de nouvelles particules exotiques. Le nouveau détecteur permettra d'étudier davantage ces phénomènes, et bien d'autres encore.

Pour comprendre pleinement les interactions entre ces particules, les physiciens ont besoin de données supplémentaires. La tâche du VELO est de reconstituer intégralement les trajectoires des collisions de particules, de sélectionner les interactions importantes faisant intervenir des mésons B, puis de les analyser.

« Le détecteur doit être extrêmement proche des faisceaux pour atteindre la meilleure précision possible », explique Paula Collins, physicienne expérimentatrice à LHCb. Le VELO y parvient en rapprochant progressivement des plaques, jusqu'à ce qu'elles pénètrent le vide du tube de faisceau du LHC. Le sous-détecteur se constitue de millions de pixels, qui fonctionnent comme un appareil photographiant les interactions 40 millions de fois par seconde.

Les plaques sont positionnées à un écart d'environ 3 cm, puis se déplacent doucement pour être centrées autour du faisceau. « En position fermée, l'ouverture par laquelle passent les faisceaux du LHC n'est que de 3,5 mm, poursuit Paula Collins. C'est à peu près le diamètre d'un crayon, et les faisceaux de 400 mégajoules doivent traverser cet espace très étroit. »

Cet exploit n'aurait pas été réalisable sans un effort colossal de la part de l'équipe pour concevoir, installer et faire fonctionner le VELO. Le détecteur LHCb a subi une métamorphose complète en vue de la troisième période d'exploitation du LHC, qui a commencé le 5 juillet 2022. Le VELO fait partie des nombreux sous-détecteurs flambant neufs qui ont augmenté la précision de LHCb et sa capacité à collecter des données. Dans cette catégorie se rangent aussi le trajectographe en amont (UT) et le trajectographe à fibres scintillantes (SciFi), qui analysent le faisceau de part et d'autre de l'aimant central de LHCb.

Depuis la création du LHC, les scientifiques ont établi l'existence de 68 nouveaux hadrons, dont 60 grâce à l'expérience LHCb. La précision inédite atteinte par le VELO fait entrer la recherche à LHCb dans une nouvelle ère et présage de nombreuses autres découvertes passionnantes.

Consultez la vidéo ci-dessous pour en savoir plus sur cette étape-clé :