La région de Chicagoland abrite l’une des plus grandes concentrations de recherche scientifique au monde, en particulier en physique des hautes énergies et nucléaire. La collaboration entre le Laboratoire national d’Argonne, le Fermilab et l’Université de Chicago — qui gère les deux laboratoires — a apporté d’énormes avantages à travers un large éventail d’expériences situées littéralement partout dans le monde. Voici quelques-unes des collaborations récentes et notables entre les scientifiques des trois institutions.

Étude du Fond Micro-Onde Cosmique au Télescope du Pôle Sud

Des chercheurs d’Argonne, du Fermilab et de l’Université de Chicago étudient le rayonnement du Fond Micro-Onde Cosmique (CMB) à l’aide du Télescope du Pôle Sud. Le CMB s’est formé à la toute première période de l’univers et constitue une fenêtre unique sur ses premiers moments où les scientifiques pensent qu’il a subi un processus d’expansion universelle accéléré, appelé inflation.

Pour détecter le CMB — un signal thermique très faible en arrière—plan de l’espace vide – les chercheurs ont besoin de détecteurs réglés avec précision, fabriqués à Argonne et testés au Fermilab. Les chercheurs du Fermilab ont également construit le cryostat, qui agit essentiellement comme une grande caméra, pour le télescope du pôle Sud de 10 mètres. Le projet est dirigé par John Carlstrom, chercheur à l’Université de Chicago. L’équipe de recherche a installé les détecteurs de troisième génération l’hiver dernier et planifie actuellement une quatrième génération plus ambitieuse de l’expérience.

La prochaine génération d’expériences sur les muons

Au cours des prochaines années, le Fermilab accueillera deux nouvelles expériences pour examiner les propriétés des muons — une particule liée à l’électron, mais plus lourde que celle-ci. Ces deux expériences, appelées « Muon G-2 » et « Mu2e », reposent sur des champs magnétiques précis et puissants. Ces deux expériences sont conçues pour examiner différentes propriétés du muon (soit le moment magnétique, soit sa conversion possible en électron) afin de tester le Modèle standard de la physique, notre meilleure compréhension actuelle de la façon dont l’univers est construit.

Les scientifiques d’Argonne testent certains des composants à utiliser dans ces expériences en utilisant des aimants IRM réutilisés, établissant des repères afin que la recherche au Fermilab ait le moins d’incertitude possible. Les physiciens des particules de l’Université de Chicago seront étroitement impliqués dans le sondage de la physique des muons au fur et à mesure de ces expériences.

Poursuite de la recherche d’une Nouvelle Physique au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC)

Après avoir trouvé le Boson de Higgs en 2012, les chercheurs du Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du CERN à Genève, en Suisse, ont poursuivi leur quête de nouvelles particules et de la physique. Les chercheurs de la région de Chicago participent aux deux expériences majeures au LHC-Argonne et les chercheurs de l’Université de Chicago travaillent sur l’expérience ATLAS, tandis que les scientifiques du Fermilab travaillent sur l’expérience CMS. Chaque expérience est nécessaire pour valider les résultats de l’autre. Alors qu’ils se préparent à mettre à niveau le détecteur ATLAS pour qu’il fonctionne à des intensités de faisceau plus élevées, les physiciens d’Argonne utilisent le faisceau d’essai à haute énergie du Fermilab pour effectuer des tests de nouveaux schémas de lecture et de capteurs proposés pour un nouveau détecteur de pixels.

Étude du Neutrino insaisissable

L’Argonne a une longue tradition d’étude de la deuxième particule la plus abondante de l’univers, le neutrino. Ces efforts ont commencé dans les années 1970 avec le développement de la chambre à bulles de 12 pieds à Argonne, et se sont poursuivis par la création du faisceau NuMI pour l’expérience MINOS au Fermilab. Depuis, Argonne a collaboré à de nombreuses expériences de neutrinos au Fermilab. L’étude des oscillations de neutrinos, où une saveur de neutrino change d’identité en une autre saveur, est l’un des principaux domaines d’étude de la physique des particules de nos jours. Pour l’expérience NOvA, qui prend actuellement des données dans le nord du Minnesota, Argonne a joué un rôle déterminant dans la conception et la construction des structures de détecteurs à grande échelle qui identifient les interactions des neutrinos. Argonne conçoit et fabrique actuellement des composants prototypes du détecteur DUNE de nouvelle génération. L’expérience DUNE sera réalisée dans le cadre d’une collaboration impliquant Argonne, Fermilab et l’Université de Chicago.

Technologie avancée des accélérateurs

La caractéristique de la physique des hautes énergies est l’utilisation d’accélérateurs de particules. L’accélération des particules vers des énergies de plus en plus élevées est la clé pour trouver une nouvelle physique et potentiellement même de nouvelles particules. Argonne travaille avec Fermilab pour développer de nouvelles technologies pour la prochaine génération d’accélérateurs de particules qui permettront de nouvelles expériences de physique.