Les mailles du filet à muons de CMS se resserrent

Apr 09, 2019

Pour l’expérience CMS, le long arrêt technique (LS2) est comme une très longue opération à cœur ouvert. À la clé : de meilleures performances grâce à des composants innovants développés sur-mesure.

Dans la couche la plus externe du détecteur de CMS, de nouveaux instruments, des détecteurs GEM, vont ainsi être installés afin de détecter les muons qui s’échappent à un angle d’environ 10° par rapport à l’axe du faisceau. Mesurer les muons si près de l'axe du faisceau est très difficile en raison du nombre élevé de particules provenant des collisions dans cette zone. Les muons s’échappant à des angles plus grands sont déjà couverts par différentes technologies de détection dans CMS.

Les chambres à multiplicateurs d’électrons à gaz (GEM) sont composées d’une fine feuille de polymère métallisée, percée chimiquement de millions de trous, généralement 50 à 100 par millimètre carré. Trois de ces feuilles combinées à deux électrodes constituent un détecteur. Au passage des muons, le gaz confiné dans le détecteur est ionisé, et libère alors des électrons. Ces électrons dérivent vers les trous, où ils induisent une avalanche d’électrons sous l’effet d’un champ électrique très fort. « Les électrons que nous collectons ne sont pas forcément liés au passage d’un muon », explique Michele Bianco, coordinateur technique pour les détecteurs GEM dans le cadre du projet d’amélioration de CMS. « Pour s’assurer qu’il s’agit bien d’un muon, nous devons retrouver sa trace dans les autres sous-détecteurs de CMS. » Dans les détecteurs GEM, les physiciens obtiennent pour ainsi dire une pièce du puzzle. Sans toutes les pièces, impossible de savoir ce que le puzzle représente.

Le projet de détecteurs GEM pour l’amélioration de CMS est porté par une collaboration d'environ 40 instituts, la plus grande contribution provenant de loin des doctorants et des post-doctorants issus de ces instituts. Des sites de production des détecteurs répartis dans le monde entier, à savoir en Allemagne, en Belgique, en Inde, en Italie, au Pakistan, aux États-Unis et au CERN, ont produit les 144 modules de détection et leurs composants électroniques. Pour former les équipes externes, plusieurs sessions de formation ont été organisées au CERN. Les « kits » contenant les modules en pièces détachées ont ensuite été envoyés aux différents instituts. Les cartes électroniques, actuellement en cours de production et de test dans les instituts collaborateurs, arriveront prochainement au CERN, où elles seront intégrées aux modules.

Tous les détecteurs sont maintenant assemblés et l’équipe en charge du projet est au cœur du détecteur CMS pour commencer à préparer l’installation des chambres. « Nous devons installer les chambres, mais aussi l’infrastructure associée, comme la distribution de gaz, d’électricité et de refroidissement », explique Michele Bianco. « Nous avons également prévu de mettre en place les infrastructures pour les 288 futures chambres qui seront installées pendant l’arrêt technique 2021-2022. Puis, au cours du troisième long arrêt technique (entre 2024 et 2026), 216 modules seront encore ajoutés. »

Près de 650 nouveaux modules de détection seront ainsi à l’affût des muons produits dans la région des très petits angles de CMS grâce au LHC à haute luminosité (HL-LHC). Le « nouvel » accélérateur produira entre cinq et dix fois plus de collisions que le LHC. La chasse aux muons devrait être bonne.


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