PIENU
| Laboratoire | TRIUMF |
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Une collaboration entre Arizona State University (États-Unis), BNL (États-Unis), Instituto de Ciencias Nucleares (Mexique), KEK (Japon), l’Université d’Osaka (Japon), TRIUMF (Canada), l’Université Tsinghua (RPC), University of British Columbia (Canada), UNBC (Canada), University of Glasgow (Royaume-Uni), Virginia Tech (États-Unis).
Une étude de la désintégration de π+ → e+ ν / π+ → μ+ ν
Un test de l’universalité e-μ.
Recherche d’une nouvelle physique à l’échelle TeV
Dans le modèle standard (SM), les électrons et les muons ont des interactions de jauge électrofaibles identiques (une hypothèse connue sous le nom d’universalité leptonique); la seule différence est leur masse. PIENU propose une mesure de haute précision du rapport des taux de décroissance π+ → e+ ν et π+ → μ+ ν du meson π. La valeur théorique de ce rapport prédite par le modèle standard est la plus précise des observables de l’interaction faible faisant intervenir des quarks, avec une erreur inférieure à 0,01 %; Re/μth. = (1,2353 +/- 0,0001) x 10-4. La valeur expérimentale correspondante est moins précise par un ordre de grandeur. Ce test de l’universalité leptonique, s’il confirme le modèle standard, peut limiter la plupart des scénarios de modèles non standards. Cependant, les interactions pseudoscalaires ou scalaires induites par les leptoquarks, les particules supersymétriques, les dimensions supplémentaires, etc. peuvent entraîner un écart mesurable par rapport à la prédiction théorique. L’observation expérimentale d’un tel écart constituerait une preuve évidente d’une nouvelle physique, avec une sensibilité à une échelle de masse allant jusqu’à 1000 TeV, bien au-delà de la portée directe des accélérateurs actuels. Si une nouvelle physique est découverte au LHC, elle aura probablement un effet sur le taux de branchement π+ → e+ ν mesuré par PIENU.
L’expérience
Toute mesure de haute précision d’une décroissance rare est un défi. Les expériences précédentes à TRIUMF et PSI, qui étaient en accord avec la prédiction du modèle standard, ont obtenu une valeur moyenne de Re/μexp= (1,230 +/- 0,004) x 10-4 avec une précision de 0,03 %. Nous nous appuyons sur cette expertise et comptons améliorer la précision d’un ordre de grandeur avec :
- Une plus grande acceptance
- Une meilleure résolution en énergie (nouveau cristaux NaI (Tl) avec une matrice de CsI pure)
- De l’électronique de numérisation rapide, et des détecteurs de silicium pour la mesure de trace ainsi que pour la mesure dE/dx
Le détecteur est un spectromètre non magnétique pour positrons. Les pions de basse énergie s’arrêtent dans une cible de scintillateur, positionnée entre deux matrices de détecteurs de traces à base de silicium. Les désintégrations π+ → e+ ν et π+ → μ+ ν sont détectées par des compteurs de déclenchement, des détecteurs à base de silicium, une chambre à fil, et un calorimètre de haute précision à base de cristaux NaI(Tl). Pour contenir la fuite des gerbes et les photons provenant de désintégrations radiatives, deux anneaux de cristaux de CsI purs enveloppent le détecteur.