Lorsque deux particules volent presque à la même vitesse dans la même direction, leurs signaux dans le détecteur se confondent, comme deux voix à l'unisson. Distinguer le duo du soliste est un art en soi. Au Grand collisionneur de hadrons, l'électron et son antiparticule, le positron, naissent parfois avec une impulsion telle que leurs énergies s'additionnent en un seul paquet dans le calorimètre — l'instrument qui mesure l'énergie des particules. Auparavant, un tel paquet était facilement confondu avec une particule unique, et des informations précieuses étaient perdues.
Les physiciens de la collaboration CMS ont imaginé deux algorithmes détectives. Le premier fonctionne lorsque, dans le trajectographe — le détecteur qui enregistre la trajectoire de la particule —, les deux traces sont visibles. Il trouve ces paires dans 80 % des cas. Le second entre en jeu lorsqu'une seule trace subsiste : il attrape le paquet grâce à des indices indirects, et son succès est d'environ 60 %. Pour la vérification, on a utilisé des particules déjà connues : les mésons J/ψ (des particules de courte durée de vie, composées d'un quark charmé et d'un antiquark charmé) qui se désintègrent en un électron et un positron, et des événements où un photon se transforme en une paire électron-positron.
Ces paires fusionnées sont des marqueurs de processus très énergétiques. Par exemple, elles apparaissent lors de la désintégration de particules lourdes, semblables à celles qui pourraient indiquer une nouvelle physique au-delà du modèle standard. En apprenant à les reconnaître, les scientifiques obtiennent un signal plus propre et perdent moins de données.
L'électron et le positron sont une particule et son antiparticule. Lorsqu'ils se rencontrent, ils s'annihilent, se transformant en pure énergie. Mais dans le détecteur, ils ne se sont pas encore rencontrés — ils volent simplement si près l'un de l'autre que leurs signaux se confondent.