Compact Muon Solenoid - Définition

Introduction

Compact Muon Solenoid (solénoïde compact à muons en français) est une des 2 expériences génériques (avec Atlas) du collisionneur proton proton LHC du CERN. Il a été construit par environ 2 600 personnes appartenant à 180 instituts scientifiques de presque 40 nationalités. Il est situé au sein d'une caverne souterraine à Cessy, en France près de la frontière avec la Suisse. Le détecteur a une forme cylindrique de 21 mètres de long, et 16 mètres de diamètre. Il pèse environ 12 500 tonnes.

Buts

Les buts majeurs de cette expérience sont :

• de confirmer et préciser les mesures concernant le Modèle Standard de la Physique ;
• d'explorer la physique à l'échelle du TeV ;
• de découvrir le boson de Higgs ;
• de chercher des signes de la physique au-delà du modèle standard tels que la supersymétrie ;
• d'étudier les collisions d'ions lourds (une autre expérience Alice est consacrée à cette étude).

Les différentes couches CMS – du centre vers l'extérieur

Schéma d'une tranche du détecteur

Vue générale du détecteur

CMS est un détecteur généraliste, capable d'étudier tous les aspects des collisions de proton à 14 TeV, énergie dans le centre de masse du collisionneur LHC. Comme la plupart des détecteurs de physique des particules, il est formé de différents sous-systèmes destinés à mesurer le type de particules, la position, l'énergie et la quantité de mouvement des photons, électrons, muons et autre phénomènes (jets de hadrons) produits lors des collisions. Il est formé de plusieurs couches (du centre vers l'extérieur) :

• un trajectomètre entièrement en silicium ;
• un calorimètre électromagnétique formé d'environ 80 000 cristaux ; scintillants de tungstate de plomb (PbWO₄)
• un calorimètre hadronique composé de couches intercalées de matériau dense (laiton) et de scintillateurs plastique ou de fibres de quartz ;

Ces trois sous détecteurs sont suffisamment compacts pour être placé à l'intérieur d'un aimant solénoïde supraconducteur créant un champ puissant et homogène de 4 T.

• à l'extérieur de l'aimant, des chambres à muons (seules ces particules sont suffisamment pénétrantes pour être capables de traverser l'ensemble des détecteurs internes) placées dans la culasse de l'aimant.

Contexte

Une autre expérience ATLAS, installé sur un autre point du LHC, a été bâtie pour étudier la même physique au moyen de techniques différentes; les collaborations ATLAS et CMS seront en compétition et coopération lors de découvertes majeures.

Le Tevatron est un collisionneur proton - antiproton à Fermilab près de Chicago aux États-Unis, avec une énergie dans le centre de masse d'environ 2 TeV qui fonctionne depuis 1987 avec deux expériences CDF et D0.

Installation souterraine

Pour gagner du temps, lors du creusement de la caverne, CMS a été construit en surface en 14 tranches autonomes; ces tranches ont été descendues une à une à 100 mètres sous terre par une grue spéciale (l'élément central comprenant l'aimant pesait presque 2000 tonnes) et assemblées ensemble. Le dernier élément de construction du CMS a été descendu le 22 janvier 2008.