LHC: Que réservent les deux prochaines années pour CMS ?
Publié par Adrien le 28/02/2019 à 08:00
Source: CERN
Maintenant que l'arrêt technique du LHC, qui durera deux ans, a commencé, CMS fait l'objet de travaux de maintenance et d'amélioration conséquents.


Retrait du tube de faisceau de CMS (Image: Maximilien Brice, Julien Ordan/CERN)

L'expérience CMS, bijou de physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On...), est un 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...) de 14 000 tonnes qui a pour mission de résoudre une longue liste de questions sur les mystères entourant le 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 la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des galaxies....). Maintenant que le Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de hadrons (LHC) a entamé un arrêt technique de deux ans, appelé deuxième long arrêt (LS2), CMS se prépare pour d'importants travaux de maintenance et d'amélioration.


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

Toutes les expériences LHC du CERN souhaitent tirer le maximum de bénéfices du LHC à haute luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) (HL-LHC), amélioration majeure du LHC, prévu pour démarrer en 2026. Le HL-LHC produira entre cinq et dix fois plus de collisions que le LHC, ce qui permettra de réaliser davantage de mesures de précision sur des phénomènes rares prédits par le Modèle standard, et peut-être même de détecter de nouvelles particules qui n'ont encore jamais été observées. Pour exploiter pleinement ce potentiel, certains des composants de CMS doivent être remplacés.

Au coeur de CMS

Dissimulé sous plusieurs couches de sous-détecteurs, le détecteur à pixels entourant le tube de faisceau constitue le coeur de l'expérience, car c'est l'élément le plus proche du point (Graphie) de collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.). Pendant le LS2, la couche la plus interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une...) du détecteur à pixels actuel va être remplacée. Les nouveaux éléments seront composés de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) supportant mieux le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) pour l'exploitation à haute luminosité. Le tube de faisceau sera également remplacé pendant le LS2 par un tube avec lequel les extrémités du futur détecteur à pixels pourront être encore plus proches du point d'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.). Ce détecteur à pixels de troisième génération sera installé pendant le troisième long arrêt (LS3), qui aura lieu en 2024-2026.

Pour ne pas perdre une miette

Les membres de la collaboration CMS prévoient également, en plus des activités touchant le coeur de l'expérience, des travaux sur les parties les plus externes du détecteur, à savoir celles qui détectent et mesurent les muons, des particules qui ressemblent aux électrons mais sont beaucoup plus lourdes. Ils se préparent également à installer quarante chambres à multiplicateur d'électrons à 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 :...) multiples (GEM) afin de détecter les muons qui s'échappent à un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) d'environ 10o, l'un des angles les plus difficiles à couvrir pour le détecteur. Inventées en 1997 par Fabio Sauli, les chambres GEM sont déjà utilisées dans d'autres expériences du CERN, telles que COMPASS, TOTEM et LHCb, mais l'échelle est bien plus grande pour CMS. Les chambres GEM sont composées d'une fine feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges des plantes au niveau des...) de polymère métallisée, percée chimiquement de millions de trous, généralement 50 à 100 par millimètre, qui est immergée dans du gaz. Lorsque les muons traversent ces chambres, les électrons libérés par le gaz dérivent vers les trous, se multiplient dans un très fort champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par des particules...), et arrivent dans une zone où ils sont recueillis.

Le futur en ligne de mire

Dans leur état actuel, quelques détecteurs ne seraient pas en mesure de fonctionner suffisamment bien pendant la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) HL-LHC ; en effet, le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de collisions proton-proton qui doivent être produites dans le HL-LHC sera dix fois plus élevé que celui prévu initialement pour l'expérience CMS. Par conséquent, un calorimètre à haute granularité (HGCAL) sera installé pendant le LS3, entre 2024 et 2026, pour remplacer les calorimètres électromagnétique et hadronique actuels des bouchons. Le nouveau détecteur comprendra plus de 1000 m² de capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une...) hexagonaux au silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) et de carreaux de scintillateurs plastiques, répartis sur plus de 100 couches (50 pour chaque bouchon), qui fourniront des informations sans précédent sur les électrons, les photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement...) et les hadrons. L'exploitation de ce détecteur constituera un grand défi 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 liquide, l'état gazeux. La matière occupe de...) de logiciels et d'analyse, et les physiciens comme les experts en informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des machines telles que les...) travaillent déjà sur des techniques de pointe, telles que l'apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus d’acquisition de pratiques, de connaissances,...) automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des systèmes dynamiques. Elle a pour fondements...).


Les tests en cours sur les modules du calorimètre à haute granularité. Des travaux intensifs de R&D sont prévus pendant le LS2, afin que le nouveau détecteur soit prêt à être installé pendant le LS3. (Image: Maximilien Brice/CERN)

Construire encore et encore

L'expérience CMS a également été concernée par les travaux de 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...) réalisés 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, qui ont débuté en juin 2018 et se poursuivent à l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il...) actuelle. Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une...) comprend cinq nouveaux bâtiments en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) à Cessy (France), ainsi que des modifications sur les cavernes et les galeries souterraines.

L'ambitieux projet de la collaboration CMS, pour le futur à court et à plus long terme, est de préparer le détecteur à de nouvelles aventures palpitantes. Affaire à suivre !
Page générée en 0.771 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique