La carrière de Husker façonnée par le Large Hadron Collider | Le Nebraska aujourd’hui

Caleb Fangmeier a grandi en réparant des tracteurs et des outils dans une ferme près d’Hébron, Neb. Aujourd’hui, en tant que responsable du laboratoire de détection pour le groupe de physique des hautes énergies de l’Université du Nebraska-Lincoln, il est responsable de la fabrication de pièces de haute technologie pour le plus grand et le plus puissant brise-atomes, le Large Hadron Collider (LHC).

Bien qu’il n’ait vu l’installation gigantesque située à la frontière de la France et de la Suisse qu’une seule fois, lors d’une tournée, le Large Hadron Collider a été une force continue tout au long des études universitaires et de la vie professionnelle de Fangmeier.

Un point culminant majeur de l’étude de premier cycle de Fangmeier est survenu en juillet 2012, lorsque la découverte du boson de Higgs a été annoncée.

« Je suis resté éveillé jusqu’à deux heures du matin, notre heure pour regarder la webdiffusion en direct de l’annonce », a-t-il déclaré. « C’était une grande nouvelle. »

Le boson de Higgs est une particule fondamentale théorisée, mais non confirmée, depuis près de 50 ans. Sa découverte est importante pour le modèle standard, l’explication largement acceptée de la façon dont les éléments constitutifs de base de la matière interagissent. Il signale l’existence du champ de Higgs, un champ d’énergie invisible présent dans tout l’univers qui imprègne d’autres particules de masse.

Certains ont comparé sa découverte à l’atterrissage d’un homme sur la lune.

« La découverte était anticipée depuis des années », a déclaré Fangmeier. « J’avais été en Suisse pour un programme de recherche de premier cycle l’année précédente et tout le monde se demandait ‘quand allons-nous avoir le Higgs ?’ À ce moment-là, il y avait des indices dans les données qu’il y avait quelque chose de réel, mais personne ne savait ce que c’était avec certitude.

Le Large Hadron Collider est un tunnel souterrain circulaire de 17 miles rempli d’aimants supraconducteurs, avec deux faisceaux de particules à haute énergie qui se déplacent à une vitesse proche de la vitesse de la lumière avant d’entrer en collision. Huit détecteurs de particules, appelés « expérimentations », sont en place le long de l’anneau pour détecter et analyser le comportement des nouvelles particules issues des collisions. Le solénoïde compact à muons (CMS), qui est la seule expérience à laquelle participent des scientifiques du Nebraska, est l’un des deux grands détecteurs de particules à usage général qui sont en place depuis le premier jour.

La découverte du Higgs a semblé particulièrement importante parce que tant de professeurs de Fangmeier au Nebraska ont été intrinsèquement impliqués dans des travaux de physique des particules liés à la LHC, des gens comme feu Greg Snow, décédé en 2019; Aaron Dominguez, maintenant prévôt et professeur de physique à l’Université catholique de Washington DC ; Ken Bloom, récemment chargé de la gestion du financement de la National Science Foundation pour CMS opérations ; Frank Golf et Ilya Kravchenko, qui supervisent le laboratoire de détection ; Dan Claes, qui effectue des expériences en utilisant le CMS et Peisi Huang, qui fait des travaux de physique théorique liés à CMS.

Fangmeier lui-même a été impliqué dans le LHC depuis la « phase zéro » – la première version du CMS détecteur, utilisé lorsque le LHC démarré en 2008.

Le collisionneur est devenu opérationnel pour la première fois au moment où le diplômé de la Thayer Central High School est arrivé à l’université avec une bourse Regents complète et des décisions de carrière à prendre.

« Je n’avais pas vraiment envisagé une carrière comme celle-ci quand j’étais très jeune », a-t-il déclaré. « J’étais plus intéressé à être le clown de la classe qu’à être attentif. Au collège, j’ai découvert les sciences et ça m’intéressait. À ce moment-là, j’envisageais plus l’ingénierie que d’être un scientifique universitaire.

Bien qu’il s’intéresse à la fois à la physique et à l’ingénierie, il décide de déclarer une majeure en physique. Au cours de sa première année, il a commencé à travailler dans le laboratoire de Dominguez.

« J’ai commencé à suivre des cours de physique et j’ai fait un peu de recherche en physique et – je suis devenu accro. »

« Nous analysions les données collectées via ce détecteur et les propriétés de ses performances », a-t-il déclaré. « J’ai ajouté une double majeure en informatique à ma troisième année et cela m’a vraiment aidé. Pour faire tout cela, vous devez avoir quelques connaissances en programmation.

À l’été 2011, Fangmeier était l’un des cinq étudiants choisis par les partenaires de la National Science Foundation pour la recherche et l’éducation internationales (PIRÉ) programme pour passer l’été à l’Institut Paul Scherrer, situé à environ 265 km de CERN (Conseil européen pour la recherche nucléaire), où se trouve le grand collisionneur de hadrons.

Lui et les autres élèves ont fait le tour du CERN laboratoires pendant leur séjour en Suisse.

En tant qu’étudiant diplômé, il a aidé à construire des modules pour la mise à niveau de la phase I du CMS détecteur, utilisé pendant la LHCqui s’est terminée en décembre 2018. Il a programmé un portique, un petit robot utilisé pour coller avec précision des couches de puces informatiques et de capteurs ensemble pour créer un module capable de détecter les particules subatomiques et de s’interfacer avec les données résultantes.

Le logiciel développé par Fangmeier pour déployer le portique est maintenant utilisé à cinq NOUS institutions, y compris le Nebraska.

Pour sa thèse de doctorat, il a analysé les données recueillies lors du Run 2, de 2015 à 2017. Il s’en est approché, mais n’avait pas assez de données pour confirmer une autre partie du modèle standard, théorisée depuis longtemps, selon laquelle les protons en collision peuvent en produire autant que quatre quarks top.

Il prédit que l’exploitation qui commence cet été produira suffisamment de données pour confirmer que la collision de protons peut produire jusqu’à quatre quarks top.

Fangmeier et son équipe préparent maintenant Phase II mises à niveau de la CMSà déployer pour le LHCqui aura lieu en 2029 ou plus tard.

La majeure partie de leur travail concerne le tracker, la partie la plus interne la plus proche des régions d’interaction. Récemment, le laboratoire a également travaillé sur une autre partie du CMS, appelé le détecteur de synchronisation. Son travail consiste à prendre des mesures temporelles extrêmement précises du moment où les particules traversent une certaine position.

Lui et son équipe, pour la plupart des étudiants de premier cycle, construiront environ 2 500 modules d’ici 2026.

Même si une décennie s’est maintenant écoulée depuis la découverte du boson de Higgs, Fangmeier est convaincu que d’autres découvertes étonnantes attendent bientôt le LHC.

« Vous ne découvrez les particules fondamentales qu’une seule fois », a-t-il déclaré. « Finalement, nous les trouverons tous, et être en vie lorsque nous faisons ces découvertes est assez incroyable. »