LHC: de nouveaux horizons pour l'expérience ALICE

ALICE, l'expérience du LHC spécialement conçue pour étudier la physique du plasma quark-gluon (QGP) et, plus généralement, la physique de la matière soumise à l'interaction forte à des densités d'énergie extrêmes, fera l'objet d'une série d'améliorations pendant les périodes d'arrêt prolongé de l'accélérateur au cours des prochaines années. Le nouveau détecteur ALICE sera doté de meilleures capacités de lecture et sera plus efficace pour définir les trajectoires des particules, ainsi que pour repérer le vertex des interactions.

Au LHC, deux mois d'exploitation avec les ions plomb ont suffi à ALICE et aux autres expériences du LHC pour produire des résultats que les précédents accélérateurs ont mis des années à produire. "Avant le démarrage du programme d'ions lourds du LHC, des recherches expérimentales menées auprès du SPS au CERN et du collisionneur RHIC au BNL avaient déjà établi le comportement du plasma quark-gluon comme un liquide presque parfait, explique le porte-parole d'ALICE, Paolo Guibellino. Les expériences LHC ont permis de confirmer et étendre ce schéma, grâce à l'observation de la création de matière hadronique chaude à des températures, des densités et des volumes jamais atteints, et avec une précision dépassant celle de toutes les mesures réalisées au cours de la dernière décennie."


Pour tirer parti de cette excellente performance, la collaboration ALICE entend maintenant améliorer le détecteur et ses possibilités d'expérimentation dans le contexte d'une augmentation sensible de la luminosité que le détecteur devra prendre en charge. "Notre stratégie repose sur l'hypothèse que, après la deuxième période d'arrêt prolongé du LHC en 2018, la luminosité des faisceaux de plomb sera de plus en plus élevée, jusqu'à atteindre une fréquence d'interaction d'environ 50 kHz, poursuit Paolo Guibellino. Le nouveau détecteur ALICE permettra la lecture de toutes les interactions et sera capable d'enregistrer 10^11 interactions plomb-plomb à un taux de 50 kHz ; environ deux ordres de magnitude plus élevé que le taux actuel."

Outre la transformation partielle de l'électronique de lecture, le programme d'amélioration prévoit également un nouveau tube de faisceau de plus petit diamètre, un nouveau trajectographe interne (ITS), l'amélioration de la chambre à projection temporelle où des détecteurs GEM remplaceront la chambre à fils, l'amélioration des détecteurs de déclenchement à petits angles, et l'amélioration des outils de reconstitution des événements en direct et en différé. "Nous testons actuellement différentes solutions pour toutes ces améliorations, explique Luciano Musa, chef du projet ITS. Nous étudions en particulier deux possibilités pour la conception de l'ITS: des détecteurs à pixels uniquement ou des détecteurs à pixels et à rubans. Nous avons également construit un prototype de la structure mécanique carbone et effectué des essais de stabilité et des essais thermiques."

Grâce au nouveau trajectographe au silicium, ALICE pourra mesurer la production de charme et de beauté dans les collisions plomb-plomb avec une précision statistique et systématique sans précédent, fournissant des informations cruciales pour la compréhension de la dynamique (transport, thermalisation, hadronisation) des quarks lourds à l'état de plasma quark-gluon. Le nouvel ITS jouera également un rôle important pour l'évaluation de la température initiale et des degrés de liberté quarko-gluoniques, ainsi que des modalités de la transition de phase.

L'amélioration d'ALICE sera réalisée pendant les périodes d'arrêt prolongé du LHC, notamment pendant la deuxième période prévue en 2017-2018. Un effort important de R&D a été lancé afin de réaliser ces améliorations, en impliquant des technologies qui s'étendent des mécaniques et électroniques de pointe à des systèmes de détection innovants et une nouvelle approche du traitement des données. Comme d'habitude, les enjeux sont passionnants et ces activités, actuellement en plein essor, se poursuivront jusqu'en 2014.