21 juillet 2015
LHC : forte contribution des français dans l’amélioration du détecteur CMS

La deuxième période d’exploitation du LHC avec des collisions à deux fois plus d’énergie a tout juste démarré que les scientifiques pensent déjà à l’amélioration des expériences en vue de la troisième période, la période dite de haute luminosité. C’est le cas notamment de la collaboration CMS qui prévoit l’installation d’un nouveau calorimètre dans son détecteur pour l’adapter à la montée en luminosité du LHC, prévue en 2025. A l’issue d’une compétition interne entre des équipes de plusieurs pays, le projet High Granularity Calorimeter (HGCAL) a récemment été sélectionné. Les chercheurs et ingénieurs du Laboratoire Leprince-Ringuet (LLR, CNRS/École polytechnique) et de l’unité Organisation de micro-électronique générale avancée (Omega, CNRS/École polytechnique), sont en première ligne dans ce projet.

Le calorimètre à haute granularité HGCAL doit répondre à deux objectifs : d’une part, fournir une meilleure tolérance à la très haute radiation soit 1016 neutrons par centimètre carré ; et d’autre part, permettre au détecteur CMS de fournir un signal clair à un grand taux d’empilement. En effet, lorsque la fréquence de croisement est de 40 MHz et qu’à chaque croisement il y a 200 collisions, le détecteur devra être en mesure d’en isoler une seule. Cet upgrade est le signe d’un changement de paradigme majeur dans les techniques de calorimétrie.

Détecteur CMS au LHC - © Cyril FRESILLON/LHC/CNRS Photothèque

Afin de répondre aux objectifs fixés par la collaboration CMS, trois projets sont entrés en compétition : SpaCal, Shashlik ECAL et HGCAL. "La force du projet HGCAL est la diversité des pays et des partenaires impliqués : Etats-Unis, France, Royaume-Uni et Suisse," souligne Yves Sirois, responsable scientifique CMS au CNRS et porteur du projet pour la France. HGCAL s’inspire de la technique développée par H. Videau et al., initialement dans le cadre du projet de collisionneur linéaire ILC dont la construction est prévue au Japon.

L’adaptation du calorimètre HGCAL aux conditions de fonctionnement du LHC est un véritable défi. Cette dernière nécessite entre autres une toute nouvelle électronique de lecture, un nouveau système de refroidissement, une stratégie élaborée de déclenchement, ainsi que des algorithmes de reconstruction novateurs. "L’électronique de lecture sera entièrement incluse dans un circuit intégré spécifique. Ce dernier comprendra l’intégralité du traitement du signal allant des préamplificateurs ultra-bas bruit à la numérisation et la mesure du temps avec quelques dizaines de picosecondes de précision. La tenue aux radiations et la faible dissipation requise font de ce circuit un réel défi technologique", précise Christophe de La Taille, directeur d’Omega.

pour en savoir +

Contact chercheur :
Yves Sirois, chercheur CNRS au Laboratoire Leprince-Ringuet (CNRS/École polytechnique), responsable scientifique CMS.

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