HIMB: davantage de muons pour des expériences exceptionnelles

Le PSI détient déjà le record du monde du nombre de muons produits par seconde à des fins de recherche. Avec HIMB, cette intensité devrait encore augmenter d’un facteur de 100, à 10 milliards de muons par seconde. De plus, il est prévu de construire un nouveau laboratoire à l’Université de Zurich pour y développer les composants essentiels des nouveaux montages expérimentaux de HIMB.

Au PSI, les muons servent à étudier les matériaux et à comprendre leurs propriétés fondamentales. Ils sont aussi utilisés dans le domaine de la physique des particules, pour élucider des mystères de l’univers restés jusqu’ici sans réponse. Ces deux domaines nécessitent d’énormes quantités de muons que seuls quelques accélérateurs dans le monde sont en mesure de fournir.

Le Pôle national de recherche (PNR) «Muoniverse» – hébergé par le PSI et l’Université de Zurich à partir de 2026 – s’appuiera sur l’infrastructure du HIMB pour renforcer encore davantage le rôle de premier plan de la Suisse dans le domaine de la science des muons.

A l’intérieur des matériaux grâce aux muons

Pour étudier les propriétés des matériaux, les scientifiques utilisent des muons afin de mettre en lumière ce qui se passe sous la surface. En ajustant leur énergie, ils déterminent à quelle profondeur les muons doivent être implantés – jusqu’à quelques nanomètres seulement sous la surface, ce qui les rend parfaits pour étudier les films ultra-minces et les matériaux de haute technologie. Une fois à l’intérieur, les muons se comportent comme des boussoles miniatures: en observant leur rotation dans les champs magnétiques internes d’un matériau, les chercheurs peuvent mettre au jour des propriétés cachées, telles que le fonctionnement des supraconducteurs ou le comportement des couches magnétiques dans les dispositifs de stockage de données. 

Cette technique, connue sous le nom de spectroscopie de spin des muons, a fait la renommée mondiale du PSI. HIMB permettra de disposer d’un plus grand nombre de muons et d’approfondir les connaissances, d’accélérer les mesures et d’explorer de nouvelles catégories de matériaux, et de stimuler les progrès en vue de la mise au point de technologies concrètes.

Explorer les mystères de l’univers

Les muons ne sont pas seulement des outils puissants pour l’étude des matériaux, ils nous permettent également d’explorer les questions les plus fondamentales de la physique. Etudier ces particules instables peut aider les scientifiques à mettre à l’épreuve notre compréhension de la nature, depuis le comportement des forces fondamentales jusqu’à la quête d’une nouvelle physique au-delà du modèle standard. En observant la façon dont les muons se désintègrent ou interagissent, les scientifiques peuvent rechercher de minuscules écarts qui pourraient révéler l’existence de particules encore inconnues ou de symétries cachées de l’univers. 

Grâce à la mise à niveau de HIMB, qui permettra de produire 100 fois plus de muons qu’aujourd’hui, les spécialistes seront en mesure d’étudier des processus extrêmement rares, tels que les désintégrations interdites des muons, avec une précision bien supérieure – le type de mesures qui nécessitent un nombre considérable de particules pour détecter les signaux les plus faibles possibles. Cela fera du PSI le seul endroit au monde où certaines expériences sont possibles et permettra à la Suisse de rester à la pointe de la recherche en physique des particules de précision.