Dans les grands accélérateurs, les particules traversent les détecteurs en quelques milliardièmes de seconde, et pour les distinguer les unes des autres, il faut un chronomètre d'une précision incroyable. Le nouveau détecteur µRWELL-PICOSEC agit comme un tel chronomètre : il capture l'instant du passage d'une particule avec une précision de 48 picosecondes — soit 48 billionièmes de seconde.
Le secret réside dans le fait que le détecteur combine deux phénomènes. Lorsqu'une particule chargée pénètre dans un matériau transparent, elle produit une faible lueur — comme un avion franchissant le mur du son laisse derrière lui une onde de choc. Cette lumière frappe une fine couche d'iodure de césium, qui en arrache des électrons. Ensuite, les électrons sont accélérés dans une chambre à gaz avec une feuille microperforée, et le signal est amplifié des milliers de fois. Ainsi, une faible lueur se transforme en une impulsion électrique nette.
Lors des tests, le détecteur de 10 centimètres sur 10 a été bombardé de muons de 150 GeV — des particules semblables aux électrons, mais 200 fois plus lourdes. En mesurant le temps sur deux zones distinctes du détecteur, les ingénieurs ont obtenu une résolution de 48 et 52 picosecondes selon les réglages. Une telle précision permet de distinguer des particules qui volent à des vitesses presque identiques — par exemple, dans les expériences de recherche de nouvelles particules ou en tomographie par émission de positons, où il est crucial de savoir exactement où une particule a été annihilée.
Pour l'instant, le signal a été enregistré avec un oscilloscope ordinaire sur un seul canal, mais à l'avenir, le détecteur pourra être équipé d'une électronique multicanal pour suivre les particules sur toute sa surface. Alors, le chronomètre deviendra aussi une carte — et les physiciens disposeront d'un outil qui voit à la fois où et quand une particule est passée.
En 48 picosecondes, la lumière ne parcourt qu'environ un centimètre et demi — moins que la largeur d'un auriculaire.