Chasse aux traces évanescentes express
Dans le détecteur ATLAS du Grand collisionneur de hadrons, les particules laissent des traces comme des skieurs sur la neige. Certaines traces s'interrompent après quelques centimètres — c'est ainsi qu'apparaîtrait une particule qui naît, parcourt un court trajet puis se désintègre en quelque chose d'invisible. Les physiciens ont cherché précisément ces « traces évanescentes » dans les données de collisions de protons à 13 téraélectronvolts.
La recherche s'est appuyée sur des signes particuliers : une trace de trois ou quatre points dans les premières couches du détecteur, à proximité un jet de particules énergétique et un grand déficit d'impulsion (emporté par quelque chose d'invisible). Pour distinguer un vrai signal des coïncidences fortuites, on a utilisé l'apprentissage automatique et des méthodes spéciales d'estimation du bruit de fond.
Ce résultat ressemble à une battue en forêt : on n'a pas trouvé les traces de l'animal recherché, mais la carte du terrain est devenue plus précise. Les prochaines recherches sauront où ne pas chercher et pourront se concentrer sur des particules plus lourdes ou à plus longue durée de vie.
En une nanoseconde, la lumière ne parcourt que 30 centimètres — à peu près la longueur d'une règle d'écolier. Les particules que les physiciens cherchaient vivent moins longtemps que le temps qu'il faut à la lumière pour traverser le détecteur.
L'idée de particules qui laissent une trace brève puis disparaissent évoque les histoires de fantômes qui ne sont visibles qu'un instant avant de se dissoudre dans l'air.