CMS, c’est quoi ?

Sur l’un des quatre points de collisions du LHC, à Cessy en France, se trouve le détecteurAppareillage sensible au passage des particules CMS (Compact MuonLe muon est une particule semblable à l'électron, mais plus lourd. Solenoid). Ses ambitions : découvrir des nouvelles particules élémentaires comme le boson de HiggsParticule élémentaire prévue par le Modèle standard, mais qui n’a encore jamais été observée , une particule vainement recherchée jusqu’à ce jour, trouver des particules supersymétriques ou mettre en évidence des dimensions supplémentaires de l’espace.

Un « poids lourd » de technologie

Ce détecteurAppareillage sensible au passage des particules hors du commun est un véritable titan, long de 21,5 mètres, d’un diamètre de 15 mètres, et d’une masse de 12 500 tonnes. Mais comme l’indique le « C » de CMS, ce détecteurAppareillage sensible au passage des particules est « compact ». Il peut paraître assez gigantesque, mais tout est relatif : CMS est deux fois plus petit en taille qu’Atlas... pour un poids deux fois plus élevé !
Il possède le solénoïde supraconducteur le plus grand et le plus puissant jamais construit. Le champ magnétique, d’une intensité exceptionnelle - 4 teslas, soit 100 000 fois le champ magnétique terrestre - dévie les particules chargées.
Un trajectographe en silicium placé au centre du détecteurAppareillage sensible au passage des particules localise le passage des particules et en mesure la courbure et la quantité de mouvement.
La signature, la position et l’énergie des particules sont analysées par un appareillage extrêmement massif et précis :
 Le calorimètreUn calorimètre est un détecteurAppareillage sensible au passage des particules qui absorbe les particules et détermine leur énergie totale électromagnétique, constitué de près de 80 000 cristaux de tungstate de plomb, conçu pour mesurer l’énergie des photons, électrons ou positons. Un dispositif d’une grande finesse, le processeurComposant essentiel d'un ordinateur qui interprète les instructions et traite les données d'un programme de lecture sélective, fait un premier traitement des données en les associant aux informations de déclenchement.
 Le calorimètreUn calorimètre est un détecteurAppareillage sensible au passage des particules qui absorbe les particules et détermine leur énergie totale hadronLes hadrons sont des particules sensibles à l'interaction forte, la plus puissante des quatre forces.ique, placé autour du précédent, et destiné à mesurer l’énergie des hadronLes hadrons sont des particules sensibles à l'interaction forte, la plus puissante des quatre forces.s (protons, pions, kaons).

Un montage original

CMS est la seule expérience du LHC où les éléments ont assemblés et testés dans un hall de surface avant d’être descendus dans la caverne de l’expérience, en 5 blocs hyper massifs. Le plus lourd pèse 1 920 tonnes, soit l’équivalent de cinq avions gros porteurs. Une fois l’assemblage terminé, les éléments ont été déplacés grâce à un système de coussin d’air, et pour la descente on a utilisé le même type de grue qui a servi à assembler l’Airbus A380.

Une collaboration mondiale

Plus de 2000 physiciens et ingénieurs provenant de 183 instituts répartis dans 39 pays ont œuvré sans relâche à l’assemblage de CMS.
A voir en vidéo : la descente du plus gros élément de CMS.

Fonctionnement et spécificités

Du fait de la très grande rareté des événements recherchés, il faut éliminer en temps réel les interactions sans intérêt physique. Le détecteurAppareillage sensible au passage des particules de CMS doit donc relever un double défi qui exige une technologie de pointe : reconnaître avec exactitude et finesse chaque type de particule produite et sélectionner les événements intéressants ; il doit ainsi réduire leur nombre à 10 000 par seconde.
Pour mesurer l’énergie des particules, le champ magnétique créé doit être d’autant plus puissant que les particules à mesurer sont énergétiques. C’est pourquoi CMS a conçu un aimant aussi puissant, lui permettant une très bonne qualité de mesure de toutes les particules.

CMS en direct

Webcam dans le centre de contrôle de CMS à Meyrin (recharger la page pour actualiser).

pour en savoir +

• La France dans CMS

• Pour aller plus loin, lire "CMS, petit mais costaud" (pdf) extrait de la revue Elementaire