Rencontrez Mahmoud, originaire d’Égypt : il réalise un doctorat au CERN grâce au programme de bourses de doctorat pour les étudiants non ressortissants d’un État membre

Mahmoud est doctorant au CERN et à l’Université de Bologne. Ses recherches portent sur la physique expérimentale des particules dans le cadre du projet du Futur Collisionneur Circulaire (FCC). Nous nous sommes récemment entretenus avec lui pour faire le point sur son parcours et ses travaux de recherche !

Comment se passe un doctorat au CERN?

Faire un doctorat est une chose, mais le faire au CERN en est une autre.

Faire un doctorat, c’est faire de la recherche, et cela me passionne. Chaque jour, on travaille sur des questions scientifiques que personne n’a encore explorées auparavant.

Au CERN, c’est particulièrement unique, car je côtoie des personnes qui sont des références mondiales dans leur domaine. Il peut m’arriver de croiser dans un couloir quelqu’un qui a développé le logiciel que j’utilise depuis des années, ou même un lauréat du prix Nobel. L’expérience ici est exceptionnelle. Le CERN ne ressemble à aucun autre endroit au monde.

Depuis mon enfance, je rêvais de devenir ingénieur, mais je n’aurais jamais imaginé participer à la conception de la plus grande machine jamais construite par l’être humain : le FCC.

Sur quoi portent vos recherches ?

Mes recherches portent sur la conception, la simulation et le développement du système de détection des muons pour le Futur Collisionneur Circulaire (FCC-ee).

La première partie de mon travail est consacrée à la simulation et à l’optimisation du système de détection des muons du détecteur IDEA. À l’aide d’outils de simulation avancés, nous étudions les performances du détecteur dans l’environnement exigeant d’un futur collisionneur. Nous optimisons sa géométrie et évaluons sa capacité à identifier et à reconstruire les particules produites lors de collisions à haute énergie, en accordant une attention particulière à l’amélioration de la reconstruction des particules à longue durée de vie (LLP, Long-Lived Particles).

Ces particules hypothétiques ont la particularité, contrairement à la plupart des particules produites lors des collisions, de pouvoir parcourir une distance mesurable à l’intérieur du détecteur avant de se désintégrer. Elles laissent ainsi des signatures uniques que nous pouvons étudier.

La seconde partie de mes recherches est consacrée au développement du prototype de détecteur gazeux micro-RWELL. L’objectif final est d’intégrer cette technologie au système de détection des muons du FCC-ee.

En combinant des technologies de détection haute performance avec une conception optimisée des détecteurs, nous cherchons à améliorer notre capacité à étudier de nouveaux phénomènes physiques, notamment l’existence potentielle de particules à longue durée de vie.

Dans le cadre de mon doctorat, nous testons différentes technologies et configurations de détecteurs gazeux à l’aide de faisceaux de particules. Ces essais nous permettent d’évaluer leurs performances dans des conditions expérimentales réalistes et d’identifier les solutions les plus prometteuses pour les futurs collisionneurs.

Je n’ai pas de formation en physique des particules. Pouvez-vous m’expliquer cela simplement ?

Imaginez que nous construisions un circuit de course. Mais au lieu d’y faire courir des voitures, nous y faisons circuler des particules extrêmement petites, qui sont les constituants fondamentaux de l’Univers. Nous les accélérons à très grande vitesse, presque jusqu’à la vitesse de la lumière, puis nous les faisons entrer en collision en un point précis. Ce choc provoque une interaction extrêmement énergétique au cours de laquelle de nouvelles particules peuvent apparaître.

C’est là qu’intervient mon travail de recherche. Je conçois un détecteur spécial, comparable à une caméra très sophistiquée, capable d’observer ce qui se passe lors de ces collisions. La plupart des particules produites apparaissent immédiatement après le choc, à l’exception d’une particule hypothétique : la particule à longue durée de vie (LLP, Long-Lived Particle).

Cette particule est un peu discrète : elle ne se manifeste pas immédiatement. Au contraire, elle s’éloigne du point de collision avant de se désintégrer. L’objectif de mon doctorat est de concevoir un détecteur qui nous permette de repérer et d’étudier plus efficacement ces particules.

Pourquoi est-ce important ?

L’objectif de mon doctorat est de contribuer à percer certains des mystères de l’Univers. Aujourd’hui encore, de nombreux phénomènes nous échappent, comme la matière noire et la nature de ce qui la compose. Les particules à longue durée de vie pourraient contenir des indices précieux pour mieux comprendre ces questions fondamentales et nous aider à élargir notre compréhension de l’Univers.

Un dernier mot :

Je suis très reconnaissant envers la Fondation CERN & Société de m’avoir offert l’opportunité de travailler ici, au CERN. C’est une expérience qui a une immense valeur à mes yeux et que je n’ai jamais oubliée. En réalité, cette opportunité s’est présentée à deux reprises dans ma vie. Lors de mon bachelor, je suis venu au CERN en tant qu’étudiant d’été non ressortisant d’un État membre, et cette expérience a marqué un tournant dans mon parcours. Elle m’a amené à passer de l’ingénierie appliquée à la physique fondamentale et a profondément influencé la direction de ma carrière. Aujourd’hui, j’ai la chance de bénéficier à nouveau de cette opportunité, cette fois dans le cadre d’un doctorat qui me permet d’approfondir mes recherches et de m’investir pleinement dans la science. J’en suis extrêmement reconnaissant.

Le programme de bourses de doctorat pour les étudiants non ressortissants d’États membres relie le CERN au reste du monde en favorisant l’émergence d’une nouvelle communauté internationale de chercheurs talentueux, unis par leur curiosité et leur volonté d’explorer les frontières de la recherche fondamentale de pointe. Ce programme est rendu possible grâce au soutien de donateurs externes.