Dans le cadre de sa thèse au LHC (Large Hardon Collider), Sara Bolognesi étudie le couplage du boson de Higgs à « ZZ » ou « WW » – les bosons Z et W étant des particules élémentaires – sur l'expérience CMS (Compact Muon Solenoid).
Elle se concentre ensuite sur la détection des muons dans CMS, en s'attelant à l'immense travail préparatoire en amont de la découverte du boson de Higgs. Entre la mise en service du système, l'étalonnage des reconstructions de traces de muons et la mesure des bruits de fond, elle participe à de nombreuses études pour l'amélioration des détections.
Une fois les principaux biais techniques analysés et réduits, elle contribue au développement de l'outil d'analyse de données MELA (Matrix Element Likehood Analysis) destiné à augmenter la sensibilité des détecteurs. Une clé essentielle pour la découverte du boson de Higgs dans l'état final à quatre leptons, en 2012.
Après 2012, la physicienne bifurque sur la voie des neutrinos pour approcher au plus près des frontières d'une nouvelle physique. Quel est le mécanisme sous-tendant la masse toujours inconnue des neutrinos ? La symétrie charge-parité (CP) est-elle violée pour les leptons (famille de particules à laquelle appartiennent l'électron, le muon ou le neutrino) ? Quelles seraient les implications d'une telle violation sur l'asymétrie matière-antimatière observée dans l'Univers ?
Pour tenter de répondre à ces questions, Sara Bolognesi collabore à l'expérience T2K (Tokai to Kamioka). Elle prend notamment en compte plus finement des effets nucléaires dans l'interaction neutrino-noyau au cœur de la détection des neutrinos. En 2020, le consortium publie les premiers indices de violation de CP.
Pour la prochaine campagne de mesures de T2K, la chercheuse participe au développement à l'Irfu d'un détecteur Micromegas résistif (MICRO-Mesh GAseous Structure) afin d'améliorer la détection de neutrinos proche de la source.
En même temps, elle prépare la prochaine génération d'expériences (HyperKamiokande au Japon et DUNE aux États-Unis) qui pourra démontrer sans ambiguïté la violation de CP et caractériser avec une précision inégalée l'oscillation des neutrinos (entre trois familles de neutrinos) au cours de leur propagation.
Le prix Emmy Noether a été créé en 2013 pour renforcer la reconnaissance des femmes physiciennes remarquables, ayant un lien étroit avec l'Europe par leur nationalité ou leur travail.
Lire l'interview de Sara Bolognesi dans EPS.