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Chercheur des muons

Le long chemin vers la connaissance

Comment un physicien ou une physicienne trouve un fait dont la connaissance pose notre monde sur une nouvelle fondation ? Une réponse simple est : un travail de fond. Andreas Knecht, jeune chercheur suisse, le sait aussi. Il met actuellement en place une expérimentation à l'Institut Paul Scherrer (PSI) à Villigen dans le canton d'Aargau. Cette expérimentation pourrait bouleverser les fondements de notre image du monde. Toutefois, le physicien des particules doit encore faire preuve de patience en attendant des résultats. Beaucoup de patience. Au moins une décennie. (image: Andreas Knecht au sein de l'Institut Paul Scherrer. Foto: BV)

Andreas Knecht

Ceux qui s'imagine les physiciens comme des experts aux cheveux gris se trompent complètement pour ce qui concerne Andreas Knecht. Knecht travaille dans un hall d'expérimentation du PSI. L'attention est concentrée sur les dispositifs de mesure, les faisceaux de câbles et les boucliers en béton. Le physicien des particules explique les expérimentations qui ont été fabriquées devant nos yeux. Les explications jaillissent de sa bouche. Les protons accélèrent dehors, devant le hall d'expérimentation. A partir de là, le faisceau de protons arrive dans le hall, 10000 fois plus pauvres en énergie que le faisceau de protons au CERN mais plus riche en protons. Le faisceau traverse le hall d'expérimentation derrière les plaques de béton. Il y rencontre des disques en carbone où une partie des protons entrent en conflit. Cela génère des pions et, à partir d'eux des muons, ces particules élémentaires volatiles qui, à peine générées, se désintègrent en d'autres particules. On pourrait penser que la physique est un jeu d'enfant quand on écoute le jeune chercheur de 32 ans.

Dégradations exotiques de muons

“ Les expérimentations intéressantes passionnent tout le monde ”, pense Knecht. Il parle de sa copine, une enseignante en école primaire qui pousse ses élèves à s'étonner en leur montrant comment le vide peut aspirer un œuf à travers un goulot de bouteille. “ Certains trouvent l'expérimentation simplement amusante, d'autres veulent également comprendre.” Cela différencie les physiciens des non physiciens ", affirme Knecht. Pour sa part, il est clair qu'il souhaite comprendre les expérimentations et particulièrement celles qu'il met actuellement en place dans le hall d'expérimentation du PSI. Avec ses essais, il souhaite analyser si les muons peuvent se désintégrer en trois électrons avec une quantité de données inconnues jusqu'à présent. " Si nous parvenons à prouver que cette désintégration a effectivement lieu, cela pourrait donner une information décisive concernant l'essence de la matière noire. Les physiciens savent que cette matière doit exister sans pour autant avoir une idée comment elle est composée. “

Andreas Knecht et ses collègues de recherche vont devoir faire preuve de beaucoup de patience avant que l'expérimentation soit en place et fournisse des résultats. L'étude de faisabilité à elle seule dure deux ans. Ensuite, il faudra disposer de l'argent requis, probablement un montant en millions à deux chiffres, puis mettre l'expérimentation en place. L'expérimentation pourra débuter en 2019 et les premiers résultats ne seront pas attendus avant l'année 2022. Une longue période. Mais pas trop longue pour Andreas Knecht : “ C'est le frisson que procure la recherche de quelque chose qui change les bases de notre compréhension du monde lorsqu'on le trouve. "

Doctorat en physique neutronique

Andreas Knecht n'est pas né physicien ni même fils de physicien. Son père était ouvrier du bâtiment. Il a travaillé sur les langues anciennes dans un lycée humaniste et après le baccalauréat, il était à un fil d'étudier l'histoire. Il raconte qu'il s'est finalement décidé d'instinct pour la physique " au dernier moment ". Il a grandi dans le canton Appenzell Rhodes-Extérieures puis fait des études de physique à l'ETH de Zurich, s'est spécialisé dans la physique des particules puis a préparé une thèse sur les neutrons ultrafroids. Ueli Straumann, université de Zurich ; directeur de recherche : Klaus Kirch). Il est ensuite passé à l'University of Washington à Seattle pour 2,5 années, est allé à Genève en tant que CERN-Fellow puis retourné au PSI de Zurich en aout 2013 en tant qu'employé scientifique.

Le poste à l'institut de recherche est alléchant dans la mesure où les poste de chercheur à durée indéterminée sont rares. La position serait également un tremplin idéal pour un poste de professeur. Elle pourrait ouvrir à l'avenir la fenêtre sur une des rares chaires suisses spécialisées dans la physique des particules à faible énergie.

Rendement maximal en désintégrations de muons

C'est un avenir possible. Pour Andreas Knecht, le présent se situe dans la mission de récupérer le plus de muons possible dans un faisceau de protons. En effet, une chose est sûre : si les muons se désintègrent effectivement en trois électrons, ils le font extrêmement rarement. Pour prouver une telle désintégration, s'il y en a effectivement une, le plus de désintégrations possible de muons doivent être analysées. Les 100 millions de désintégrations de muons par seconde qui sont observées actuellement avec les instruments de mesure PSI ne suffisent pas.

Pour cette raison, Andreas Knecht souhaite mettre une expérimentation en œuvre dont le rendement serait 100 fois meilleur (1010 désintégrations/s). Pour atteindre cet objectif, il veut exploiter le faisceau de protons dans le hall d'expérimentation du PSI sur un endroit encore inexploité. “ Il s'agit d'un très grand défi technique”, affirme Knecht " car le faisceau a une très grande performance avec 1,3 mégawatt dans la mesure où de très grands défis s'appliquent en termes de sécurité et de protection contre le rayonnement. " De plus, il doit veiller à ne pas entraver les autres expérimentations sur les neutrons SINQ.

Une des trois expérimentations dans le monde

Et bien sûr, il reste des éléments qui ne peuvent pas s'expliquer en une ou deux phrases. Il est clair que l'expérimentation d'Andreas Knecht au PSI, si la mise en œuvre a lieu, sera une expérimentation appliquée de la même manière sur seulement deux autres sites dans le monde : au fermilab de Chicago (USA) et au centre J-PARC à proximité de la ville japonaise Osaka. " Dans mon domaine, le PSI est un des instituts leader dans le monde. " - Un petit endroit où un physicien comme Andreas Knecht effectue volontiers des recherches pendant dix ans ou même plus sur les bases du monde. "

Benedikt Vogel (publié le 19. 12. 2013)

  • Andreas Knecht au sein de l'Institut Paul Scherrer.
  • Andreas Knecht
  • Andreas Knecht au sein de l'Institut Paul Scherrer.Image : BV1/2
  • Andreas Knecht2/2

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