Laboratoire de Physique de Clermont

Il est une certitude que nous nous sommes forgés depuis longtemps : le monde qui nous entoure est fait de matière ! Nous sommes faits de matière ! Nous avons également compris que la matière est composée de particules. Grâce aux travaux de Paul Dirac dans les années 1930, nous savons désormais qu’il existe aussi l’antimatière, faite d’antiparticules qui sont les particules-miroirs de nos particules de matière, mais de charge électrique opposée.

On observe ainsi dans la nature des antiélectrons, des antiprotons avec lesquels on sait faire des antiatomes d’hydrogène. On a également compris que la radioactivité β consiste en la transformation d’un neutron en proton avec émission d’un antiélectron et d’un neutrino. Les TEP-scan utilisés en médecine s’appuient sur l’annihilation d’une paire (électron/antiélectron) en deux photons. Nous nous sommes ainsi appropriés cette découverte fondamentale jusqu’à l’exploiter technologiquement.

Ces deux exemples (radioactivité et TEP-scan) nous révèlent une règle comportementale de l’antimatière :

• les antiparticules sont créées par paires avec une particule de matière ;
• pour faire disparaître une antiparticule, on la couple avec la particule de matière correspondante.

Or, la découverte tardive de l’antimatière résulte d’un constat simple : seule la matière règne autour de nous. L’antimatière semble tout simplement avoir disparu. Si pour chaque particule de matière créée, une antiparticule est créée simultanément, ou est donc passée l’antimatière ?

Si nous remontons le temps pour revenir aux tous premiers instants, et que nous nous soumettons à cette règle d’une particule de matière créée pour chaque antiparticule, il n’est pas possible d’expliquer pourquoi la matière a pris in fine l’avantage sur l’antimatière.

Pour expliquer cette asymétrie dans le comportement des particules de matière et d’antimatière, le Modèle Standard de la physique des particules invoque la violation de la symétrie CP qui induit une infime différence de comportement entre particule et antiparticule capable d’expliquer pourquoi la matière a pris le pas sur l’antimatière.

De nombreuses expériences se sont succédées depuis près de 40 ans pour étudier finement cette différence de comportement entre la matière et l’antimatière. L’expérience LHCb auprès du LHC est la dernière en date, et poursuit cet effort à travers l’étude de particules appelées « quark beauté » ou « quark b » à des énergies jamais atteintes auparavant.

Le groupe LHCb du LPC de Clermont-Ferrand s’est formé en 1997 et a pris part aux travaux préliminaires qui ont conduit à l’approbation de l’expérience LHCb par le CERN en 1998. Depuis, le groupe s’est fortement impliqué dans l’étude R&D et la construction du système de déclenchement de l’expérience à travers la réalisation de l’électronique rapide du détecteur de pied de gerbe et de l’unité de décision.

Les analyses de physiques menées au sein de notre équipe sont nombreuses, couvrant la mesure des angles α et γ du triangle d’unitarité de la matrice CKM, la physique du baryon Λ _b et l’étude du renversement du temps.

Des projets sont en cours d’étude afin d’améliorer les performances du détecteur. Dans ce contexte, notre équipe participe à l’effort de R&D visant à définir un trajectographe à fibres scintillantes, capable d’enregistrer des événements à la fréquence de croisement des faisceaux du LHC de 40 MHz.