MICE va etre construit au « Rutherford Appleton Laboratory »

Depuis trois decennies, les physiciens ont recours au modele standard
pour expliquer les forces et les particules fondamentales de la nature.
Ce modele est fonde sur le fait que les unites elementaires de la
matiere sont divisees en trois generations de deux types de particules :
les quarks et les leptons. Ces deux types de particules constituent avec
les bosons de jauge, qui vehiculent les interactions entre les leptons,
les elements ultimes qui permettent de decrire noyaux, atomes et
molecules. Les leptons sont des fermions (c’est-a-dire des particules
dont le spin est demi-entier) sensibles aux interactions faibles et
gravitationnelles et insensibles aux interactions fortes. A la
difference des quarks, ces particules existent a l’etat libre. Leur
famille comprend trois particules chargees (l’electron e-, le muon m et
le lepton lourd t ou tauon) associees chacune a une particule neutre,
les neutrinos ne, nm et nt. Le modele standard predit que la masse des
neutrinos est nulle mais cette hypothese a ete contredite par des
resultats experimentaux, comme ceux obtenus par les chercheurs de
l’Observatoire de Neutrinos de Sudbury (ONS ou SNO pour "Sudbury
Neutrino Observatory", Ontario, Canada, cf. Actualites Scientifiques au
Royaume-Uni, septembre 2003, p. 19). Ce type d’experience a montre que
les neutrinos electroniques produits par le soleil etaient capables de
se transformer spontanement en neutrinos muoniques ou tauiques. Mais cet
effet, appele oscillation des neutrinos, n’est possible que si les
neutrinos presentent une masse non nulle. En consequence, il semblerait
bien que le modele standard soit errone ou incomplet. Afin de progresser
dans la connaissance des neutrinos, les physiciens souhaiteraient
disposer de faisceaux intenses de neutrinos dont les caracteristiques
seraient bien connues. Une methode possible pour obtenir de tels
faisceaux serait de stocker des muons dans un anneau de desintegration
prolonge de longues sections droites pointant vers de grands detecteurs
situes a des centaines voire des milliers de kilometres de distance (a
priori au Japon, aux Etats-Unis et en Italie). En effet, en se
desintegrant les muons produisent des neutrinos (et des positrons). Il
s’agit du concept de l’Usine a Neutrinos. Mais il s’agit de relever des
defis techniques serieux avant que cette usine ne devienne une realite.
Le projet MICE (pour « Muon Ionisation Cooling Experiment ») s’attelle a
l’un de ces defis : le « refroidissement par ionisation » des muons. Le
refroidissement par ionisation est la seule technique capable de
« refroidir » suffisamment rapidement les muons avant leur desintegration.
La notion de refroidissement se rapporte au fait qu’un nuage de muons
ayant des energies et des directions differentes se rapproche d’un gaz
« chaud » ; en revanche, quand tous les muons ont la meme energie et se
deplacent dans la meme direction, ils se comportent comme un gaz
« froid ». Dans le refroidissement par ionisation, l’energie du muon est
reduite lors du passage a travers la matiere (probablement de
l’hydrogene liquide) et une des composantes de son energie est ensuite
restauree par acceleration par des champs electriques radiofrequence
(RF). Les scientifiques ne doutent pas que cette methode fonctionne
mais, pour etre efficace, elle necessite la connaissance detaillee du
comportement des muons dans de nombreux materiaux, par exemple dans les
vitres du recipient contenant l’hydrogene liquide. Les objectifs de MICE
sont doubles :

demontrer qu’il est possible de concevoir et de construire une section
d’un dispositif de refroidissement des muons capable d’atteindre les
performances desirees pour une usine a neutrinos ;
placer ce dispositif dans un faisceau de muons et mesurer ses
performances pour differents modes operatoires et conditions de faisceau
et ainsi etudier les limites et la faisabilite du refroidissement. Le 21
mars 2005, le ministre de la recherche et de l’innovation britannique,
Lord Sainsbury, a annonce que MICE sera construit sur le site de la
source de neutrons ISIS du « Rutherford Appleton Laboratory ». (RAL). En
outre, un financement de 9,7 millions de livres (environ 14,1 millions
d’euros) sera attribue a l’experience : 7,5 millions de livres
proviennent du « Large Facilities Capital Fund » (LFCF) du ministere du
commerce et de l’industrie (le DTI), 1,28 millions de livres seront
apportes par le conseil de recherche PPARC et 0,92 millions de livres
par le conseil de recherche CCLRC. Environ 150 chercheurs, originaires
de Belgique, de France, d’Italie, des Pays Bas, du Japon, de Russie, de
Suisse Colonie de vacances
Valais
Suisse L’ONG Objectif Sciences International propose chaque année plusieurs colonies de vacances scientifiques dans le Valais Suisse, avec différentes thématiques (faune & flore, architecture, paléontologie, géologie, drones...). Vous trouverez des informations en suivant ce lien sur les séjours nature. , des Etats-Unis et bien evidemment du Royaume-Uni travailleront
sur l’experience. MICE sera attache a l’installation ISIS et le
Royaume-Uni retiendra les proprietes intellectuelle et technique de la
plupart des systemes cles. Par ailleurs, des scientifiques britanniques
occuperont des positions de leader sur plusieurs parties du projet. En
particulier, leurs contributions toucheront a la conception du faisceau
de muons pour MICE, aux solenoides supraconducteurs et aux deux
detecteurs a fibres scintillantes. Le projet MICE comprend deux etapes :
la phase 1 a laquelle a trait l’annonce faite par Lord Sainsbury.
Durant cette phase devraient avoir lieu l’installation et la mise en
service sur ISIS du faisceau de muons pour MICE ainsi que la
construction, l’installation et la mise en service du systeme de
detection necessaire aux premieres mesures de l’experience ;
la phase 2 qui concerne la recherche de fonds additionnels,
britanniques et internationaux, pour completer le projet, une fois que
la phase 1 sera en cours. Au Royaume-Uni, des demandes de financement
pourront etre soumises aux conseils de recherche PPARC et CCLRC. Elles
seront evaluees par des pairs et entreront en concurrence avec d’autres
propositions. Le DTI rappelle d’ailleurs que si la phase 1 constitue le
premier jalon de l’experience, elle peut egalement etre consideree comme
un projet a part entiere puisqu’elle devrait fournir des resultats
techniques et scientifiques de valeur. Comme on peut s’y attendre, les
diverses reactions a cette annonce ont ete tres positives. Le professeur
Ian Halliday, directeur general du PPARC, a declare que le choix de
l’installation de "MICE au Royaume-Uni etait une reconnaissance claire
de l’expertise et de l’infrastructure deja en place et
(que) cet investissement positif va placer le Royaume-Uni dans un role
majeur pour le developpement et le possible accueil a l’avenir de
l’Usine a Neutrinos". Les professeurs John Wood, directeur general du
RAL, et Ken Long (Imperial College), porte parole britannique pour MICE,
se sont egalement felicites du choix d’ISIS. Pourquoi installer MICE sur
ISIS ? La source de neutrons ISIS est entree en service en 1985. Il
s’agit en fait d’un accelerateur de particules qui projette un faisceau
de protons de haute energie sur une cible afin de produire des neutrons.
ISIS est principalement utilisee pour les neutrons mais une petite
partie de l’experience est consacree aux muons qui peuvent aussi etre
crees sur la machine. En effet, avant d’atteindre la zone de production
des neutrons, le faisceau de protons traverse une feuille mince de
graphite. Une petite fraction des protons entre en collision avec un
proton ou un neutron d’un atome de carbone pour donner un pion. Ces
pions se desintegrent rapidement, leur demi-vie est de 26 nanosecondes,
en produisant des muons (et des neutrinos). Les muons actuellement crees
sur ISIS sont ensuite diriges vers trois spectrometres.