«Un joyau dont il faut prendre soin»

Klaus Kirch, l’installation de muons du PSI est numéro 1 dans le monde. Pourquoi doit-elle donc faire l’objet d’une révision?

Klaus Kirch: Il est vrai que notre accélérateur de protons HIPA est unique au monde et inégalé. Pour la production de muons, nous sommes clairement tout devant. Ce que nous planifions à présent en collaboration avec l'université de Zurich est un développement moderne de la recherche qui peut y être conduite. Ainsi, nous pourrons rester à la pointe au niveau mondial les 20 prochaines années également.

Cela en fait des superlatifs.

Absolument. HIPA est un joyaux dont il faut prendre soin. Nous sommes gâtés: l’installation fonctionne si bien. Mais certains de ses composants ont 45 ans d’âge. Nous sommes donc aussi dans un chantier perpétuel pour conserver la valeur immense de l’installation.

Pouvez-vous nous décrire les expériences qui sont concrètement menées avec des muons?

D’un côté, nous nous servons des muons pour étudier la physique des particules. A travers ces minuscules particules, il s’agit de répondre aux toutes grandes questions fondamentales: quelles sont les propriétés exactes des éléments constitutifs de la matière, par exemple du proton qui fait partie des noyaux atomique? Selon quelles lois l’univers fonctionne-t-il? Nous menons une recherche fondamentale à la pointe de ce que l’on peut connaître aujourd’hui. Et nous travaillons avec une technologie de pointe absolue, ce qui nous rend très attrayants pour les jeunes chercheurs.

Qu’entendez-vous par technologie de pointe?

En ce moment, nous développons notamment la prochaine génération de détecteurs à pixels minces qui ont une résolution temporelle sans précédent de l’ordre de la picoseconde. En physique des particules, les exigences sont incroyablement élevées et les systèmes nécessaires ne sont pas disponibles dans le commerce. De fait, nous développons et nous construisons nous-mêmes ces appareils, sans lesquels nous ne ferions pas de progrès dans notre recherche. Ce faisant, nous définissons par la même des standards complètement nouveaux. Nombre de choses que nous avons développées avec succès en physique des particules se retrouvent par la suite en version plus simple et plus robuste dans d’autres domaines de recherche, comme des détecteurs ou des systèmes électroniques spéciaux.

Vous avez dit que la physique des particules était l’une des parties de la recherche avec les muons. Quelle est l’autre?

Outre la physique des particules, les chercheurs du PSI utilisent également les muons pour des expériences en sciences des matériaux. Depuis 1989 déjà, le PSI exploite une installation pour la rotation de spin des muons. Cette méthode consiste à placer un muon dans le matériau de l’échantillon, puis à attendre qu’il se désintègre au terme de 2 millionièmes de seconde, et enfin à mesurer le produit de cette désintégration. On peut ainsi mesurer certaines propriétés locales du matériau qu’aucune autre méthode ne fournit. Aujourd’hui, nous envoyons en règle générale seulement un muon après l’autre dans le matériau. Mais dans le fil de la mise à niveau, nous voulons pouvoir suivre la trace des particules de désintégration et remonter ainsi à leur lieu d’origine. Si nous y arrivons, nous n’aurons plus besoin d’attendre chaque muon. Cela reviendra à transformer une route à une voie en autoroute à douze voies. Voire à cent! Des mesures d’un tout autre ordre seront alors possibles. Nous pourrions mesurer simultanément différents domaines de l’échantillon. Ou mesurer conjointement deux échantillons différents, mais à la même température, à la même pression et ainsi de suite.

Pourquoi la mise à niveau intervient-elle précisément maintenant?

Nous sommes arrivés aujourd’hui à un point où nous en avons besoin et où nous avons les compétences nécessaires. Avant, nous n’aurions pas pu gérer des intensités de particules aussi élevées. Nous n’avions ni les détecteurs nécessaires, ni la technologie pour traitre les données. Les expériences génèrent en effet d’énormes quantités de données de mesure. C’est intéressant également pour la nouvelle division de recherche Calcul scientifique, théorie et données, créée ici, au PSI, en juin 2021. Et puis, c’est très beau à voir: les chercheurs dans ces différents domaines peuvent beaucoup apprendre et profiter les uns des autres.

Interview: Institut Paul Scherrer/Laura Hennemann