LHC: le menu à venir pour ATLAS
Publié par Adrien le 04/03/2019 à 08:00
Source: CERN
Les capacités de détection d'ATLAS vont être améliorées d'ici au redémarrage du LHC.

Comment le détecteur ATLAS se prépare-t-il pour l'avenir ? Lorsque le complexe d'accélérateurs du CERN a été arrêté, en décembre 2018, les scientifiques et techniciens d'ATLAS se sont rapidement mis au travail pour ouvrir le puits qui mène du niveau du sol à la caverne d'ATLAS, ainsi que pour ouvrir le détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement conçu.) lui-même. Ils procéderont à des travaux de maintenance et d'amélioration du détecteur pendant les deux années à venir, laps de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) prévu par le CERN pour un arrêt technique appelé deuxième long arrêt (LS2). Certaines de ces améliorations sont réalisées dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) LHC à haute luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) (HL-LHC), l'amélioration du Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de hadrons (LHC) qui doit fonctionner à partir de 2026. Avec ce projet, le rythme des collisions de particules augmentera drastiquement, ce qui entraînera des rythmes de lecture plus élevés et créera davantage d'occasions pour des découvertes en physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la...).


Cette représentation du détecteur ATLAS montre certaines des activités de maintenance et d'amélioration prévues pour les deux années à venir.

ATLAS est la plus grande des expériences du LHC. Installée entre 2003 et 2008, elle a, comme l'expérience CMS, la mission de comprendre les propriétés du boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été proposée en 1964 par Gerry Guralnik, C.R. Hagen, et Tom Kibble; Robert Brout et François...) et de chercher une nouvelle physique.

De nouvelles roues pas si petites

L'une des améliorations majeures de l'expérience sera l'installation de deux nouveaux détecteurs en forme de roues, qui serviront à traquer les particules appelées muons. Les muons peuvent être représentés comme des cousins plus lourds des électrons ; ils traversent les parties internes du détecteur en ne subissant que peu de perturbations. Pour mieux se représenter les choses, on peut imaginer le détecteur comme un oignon (L’oignon (l'orthographe ognon est préconisée par les rectifications orthographiques du français en 1990), prononcé...), dont le spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou bien un mélange de molécules par exemple en...) à muon (Le muon est, selon le modèle standard de physique des particules, le nom donné à deux particules élémentaires de charge positive et négative. Les muons ont une masse 207 fois plus grande que celle de l'électron...) constituerait la membrane externe. Les muons qui s'échappent à des angles de moins de 40 degrés par rapport à la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) du faisceau sont mesurés par une série de trois couches de sous-détecteurs, et la couche située le plus à l'intérieur est appelée la petite roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) car elle mesure "seulement" 9,3 mètres de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le...).


Une des nouvelles petites roues d'ATLAS, qui mesure près de 10 mètres de diamètre. (Image: Julien Marius Ordan/CERN)

Les nouvelles roues amélioreront les capacités de déclenchement d'ATLAS, et elles seront en mesure de supporter le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de muons plus élevé qui est attendu avec le HL-LHC. Chaque roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) est composée de 16 coins, ou secteurs, couverts de plusieurs couches de chambres de détection, appelées chambres Micromégas (MM) et chambres à petites bandes et à intervalles fins (STGC). Les chambres MM et STGS ont toutes deux d'excellentes capacités en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) de trajectographie de précision, du niveau de 100 micromètres, et un très bon temps de réponse, élément nécessaire pour déterminer précisément le moment de chacune des collisions.

Les éléments sont actuellement assemblés en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...), et les roues seront ensuite transportées puis descendues à travers le puits, jusqu'au détecteur ATLAS. L'une des petites roues actuelles a été remontée à la surface la semaine dernière, et il est prévu que la première des nouvelles petites roues entre dans la caverne d'ATLAS au printemps (Le printemps (du latin primus, premier, et tempus, temps, cette saison marquant autrefois le début de l'année) est l'une des quatre saisons des zones tempérées, précédant l'été...) 2020.

Un remodelage d'ATLAS à tous les niveaux

L'amélioration du système de détection (Un système de détection est un système permettant à l'utilisateur d'observer un événement automatiquement par le biais d'un appareil électronique ou mécanique. On...) des muons sera accompagnée de l'ajout de 16 nouvelles stations, qui doivent améliorer les capacités d'ATLAS à détecter les muons dans la région située entre le tonneau et les bouchons. Ces stations contiennent de petits tubes à dérive à correction (SMDT) remplis de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à...) et des chambres à plaques résistives (RPC). Les physiciens peuvent ainsi suivre les muons en enregistrant la trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil...) des particules électriquement chargées créées par leur passage à travers le gaz. La reconstitution des trajectoires des muons sera améliorée par le recours à des tubes à dérive à correction ayant des diamètres plus petits ainsi qu'à des chambres à plaques résistives de nouvelle génération ayant une plus petite épaisseur d'électrodes.

L'une des autres grandes améliorations prévues pendant le LS2 est le remplacement de certains composants de l'électronique frontale du calorimètre à argon liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) (LAr). Cela améliorera la capacité d'ATLAS à conserver les signaux importants issus d'électrons et de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent,...). L'amélioration des systèmes de déclenchement et d'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) est également prévue ; elle préparera l'expérience en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) du HL-LHC.

En parallèle aux travaux menés sur le détecteur, les travaux de construction se poursuivent eux aussi à un rythme soutenu autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit...) d'ATLAS, à la fois en surface et sous terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...), en prévision du HL-LHC. L'excavation d'un puits de 62 mètres de profondeur vient d'être achevée et les ingénieurs en génie civil (Le Génie civil représente l'ensemble des techniques concernant les constructions civiles. Les ingénieurs civils s’occupent de la conception, de la réalisation, de...) s'occupent à présent de l'excavation d'une caverne de service et de galeries, qui abriteront de nouveaux équipements.

Si un grande nombre des améliorations et installations concernant ATLAS auront lieu seulement pendant le troisième long arrêt (LS3), qui doit commencer en 2024, les activités qui seront menées pendant les deux années à venir feront déjà d'ATLAS un détecteur plus performant, prêt à enregistrer des données lorsque le LHC redémarrera, en 2021.
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