L’expérience LHCb

Il y a 13.8 milliards d’années, une quantité égale de matière et d’antimatière se créèrent suite au Big Bang. Après seulement 1 seconde, alors que l’Univers se dilatait et se refroidissait, l’antimatière avait déjà pratiquement disparu, permettant à la matière de former tout ce qui se trouve autour de nous comme les étoiles, les planètes et la vie. L’expérience LHCb, située à 100m sous-terre à la frontière franco-suisse, cherche à explorer le mystère de la disparition de l’antimatière en se spécialisant dans la physique des particules formées de quarks b (beauté) et c (charme). C’est une des quatre principales expériences du grand collisionneur de Hadrons (LHC) au CERN.
LHCb est formée d’environ 1200 membres provenant de 73 instituts dans 16 pays à travers le monde. La géométrie du détecteur LHCb est basée sur le fait que les hadrons formées de quarks b et c sont principalement produits dans un cône dont l’axe est parallèle au tuyau du faisceau du LHC. Le détecteur est une série de sous-détecteurs ayant chacun une fonction particulière :

  • Le Vertex Locator (appelé VELO) est placé au point d’interaction des protons du LHC. C’est un détecteur au silicium permettant une reconstruction précise des vertex de désintégrations des hadrons.
  • RICH1 et RICH2 sont des détecteurs basés sur l’effet Cherenkov. Ils permettent d’identifier la nature des particules.
  • Les trajectographes TT, T1, T2 et T3 permettent de reconstruire la trace des particules.
  • L’aimant placé entre les stations TT et les stations T1, T2, T3 courbe la trajectoire des particules chargées afin d’obtenir une mesure précise de leur quantité de mouvement.
  • Les calorimètres électromagnétiques (ECAL) et hadroniques (HCAL) sont nécessaires pour mesurer l’énergie des électrons, des photons et des hadrons.
  • Les 5 stations à muons M1-M5 identifient le passage des muons, étant les seules particules capables de traverser les chambres ECAL et HCAL.
Le détecteur LHCb

Le programme de recherche de la collaboration LHCb est aujourd’hui très diversifié. En voici les points principaux :

  • Mesure des paramètres de violation CP dans les désintégrations de hadrons formés de quarks b.
  • Recherche de la violation CP dans les désintégrations de mésons formés d’un quark c.
  • Tests de l’universalité leptonique à travers diverses désintégrations.
  • Etude de hadrons formés de plus de 3 quarks, appelés tétraquarks (4 quarks) et pentaquarks (5 quarks).
  • Recherche de désintégrations rares (dont les prédictions du Modèle Standard soutiennent des rapports d’embranchement très faibles).
  • Recherche de nouvelles particules par des mesures à la fois directes et indirectes.
  • Etude des collisions d’ions lourds dans l’enceinte du détecteur LHCb.