Un des principaux objectifs que se fixe aujourd’hui la physique expérimentale est l’étude des particules régies par l’interaction forte, les hadrons, qui sont obtenues grâce aux accélérateurs par la collision des protons. Après la collision, les hadrons se déplacent sous un petit angle en direction des protons ce qui rend difficile leur étude, expliquent les chercheurs. Il n’y a pas pour le moment de détecteurs qui permettent d’identifier les différents types de particules avec ce genre de trajectoires.
Pour savoir de quelle sorte de particule il s’agit, les chercheurs utilisent un dispositif spécial, un radiateur, créant un rayonnement transitoire qui est un phénomène électromagnétique provoqué par le passage de la particule d’un milieu à un autre. Selon les chercheurs, l’étude de ce rayonnement est cruciale pour identifier et étudier les différents types de hadrons.
C’est la première fois au monde que les chercheurs du MEPhi ont réussi à trouver de nombreuses solutions théoriques et d’ingénierie qui permettent de mettre au point un détecteur de rayonnement transitoire utilisant les semi-conducteurs à haute granularité. Les essais pour cette étude ont été réalisés avec le détecteur SPS du Grand collisionneur de hadrons (LHC).
«La zone de quelques degrés dans la direction des protons en collision où l’on pourrait observer la formation des différents types de hadrons, constitue jusqu’ici une "zone blanche" pour les recherches avec utilisation du LHC. Les travaux dans cette zone permettent de pénétrer plus profondément dans la structure du proton et d’étudier les particules à l’intérieur de celui-ci et leurs interactions. En outre, ce n’est qu’après avoir résolu ce problème qu’on peut résoudre le paradoxe de la physique des particules cosmiques qui n’a pas encore d’explication pertinente, à savoir la modification du spectre des particules sous les hautes énergies jusqu’à même 10^17 eV», a expliqué Piotr Teterine, chargé de recherche du département de la physique des particules élémentaires du MEPhI.
Les spécialistes du MEPhI ont pour la première fois étudier les densités spectrales et angulaires du rayonnement transitoire ainsi que les expressions analytiques pour sa densité angulaire, en rendant possible la mise au point d’un détecteur de nouveau type destiné à l’identification des particules.
«Nous avons fait un grand travail expérimental et théorique en cherchant de nouveaux phénomènes et méthodes. En nous basant sur les calculs des modèles réalistes de détecteur de rayonnement transitoire, nous avons démontré la possibilité de détecter les spectres des hadrons à quelques pourcentages près. C’est une percée qui doit jouer un grand rôle dans les expérimentations à réaliser avec le LHC», a indiqué Piotr Teterine.
Selon les chercheurs, il s’est avéré que, dans les radiateurs à plusieurs couches, les phénomènes interférentiels modifient l’angle sous lequel est généré le rayonnement transitoire alors que sa dépendance de la masse des particules peut différer considérablement du principe universellement admis.
Par ailleurs, dans le cadre de l’étude, les chercheurs du MEPhI ont mis au point de nouveaux radiateurs et des prototypes de différents types de détecteurs, y compris des détecteurs à semi-conducteurs et à haute résolution. Par la suite, en collaboration avec l’Institut unifié de recherches nucléaires de Doubna, près de Moscou, et MediPix, qui est une collaboration du CERN, les chercheurs prévoient de développer un détecteur de rayonnement transitoire qui pourra suivre avec une haute précision les particules pour réaliser des expérimentations dans le domaine de la physique des hautes énergies et des rayons cosmiques.
L’étude a été réalisée avec le soutien du Fonds scientifique russe.
