Le 5 juillet, le LHC a pris vie pour sa troisième période d’exploitation après trois années d’amélioration continue de la machine ainsi que des détecteurs et des outils d’analyse des expériences, et a immédiatement atteint une énergie record de 13,6 TeV. À peine trois semaines plus tard, la collaboration solénoïde compact à muons (CMS) était prête pour sa période de collecte de données de physique.
La collaboration CMS a récemment présenté ses premiers résultats de physique du Run 3 sur le taux de production de paires de la particule élémentaire la plus lourde, le quark top. En une semaine seulement, du 28 juillet au 3 août, la collaboration CMS a collecté des données équivalant à près de 12 % de l’ensemble de données qui avait été nécessaire pour la découverte du boson de Higgs en 2012.
Avant le début du Run 3, on espérait – et cela a maintenant été confirmé – qu’il serait possible de collecter une telle quantité de données en très peu de temps. Il a fallu deux ans aux physiciens pour collecter les données utilisées pour annoncer la découverte du boson de Higgs en 2012. Mais aujourd’hui, grâce aux développements des systèmes d’acquisition et de sélection des données et à la vitesse sans précédent des analyses, les données du Run 3 peuvent désormais être analysées dans presque temps réel.
En raison du nombre élevé de paires de quarks top créées au LHC, l’analyse physique peut commencer même avec une petite quantité de données. Le taux de production de ce système lourd de particules a été amélioré d’environ 10 % grâce à l’augmentation de l’énergie de collision de 13 TeV dans le Run 2 à 13,6 TeV dans le Run 3.
Les résultats de CMS, qui concordent avec la prédiction du modèle standard, sont importants car des mesures précises des propriétés du quark top fournissent, entre autres, des informations cruciales pour diverses recherches de nouveaux phénomènes dans l’exécution 3. En raison de sa masse élevée, le quark top se désintègre immédiatement en un quark ab et un boson W, qui est aussi une particule instable. Les produits de désintégration laissent des traces lors de leur passage dans le détecteur, ce qui permet de les observer et de tester les performances du détecteur.
Les mesures de précision du modèle standard sont une partie essentielle du programme Run 3, car tout écart significatif pourrait suggérer une nouvelle physique. La mesure du taux de production de paires de quarks top n’est que la première étape dans le territoire inexploré du nouveau régime énergétique, où des réponses aux questions fondamentales de physique peuvent être trouvées.