La physique des particules – étude des constituants élémentaires de la matière – est une des activités principales de l’IP2I. A travers le développement d’un calorimètre pour le futur accélérateur linéaire, la mesure directe de l’accélération de l’antihydrogène due à la gravitation terrestre et les recherches menées sur le boson de Higgs au LHC, les équipes FLC (CALICE), AEgIS et CMS contribuent à assembler le puzzle que constitue la compréhension de notre univers.

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L’équipe a pour objectif le développement d’un calorimètre hadronique à grande granularité pour équiper les futurs accélérateurs leptoniques.  Le calorimètre proposé pour le FLC est intitulé Semi-Digital Hadronic CALorimeter (SDHCAL). Il utilise des détecteurs gazeux de type RPC (resistive plate chamber) comme milieu actif, lus par une électronique intégrée avec une granularité de 1cm2. Les RPC sont insérés dans une structure mécanique compacte qui joue le rôle de l’absorbeur.

Ce type de calorimètres sert à mesurer l’énergie des hadrons produits lors des collisions dans les accélérateurs de particules : en atteignant le calorimètre hadronique, ils vont y déposer leur énergie en créant une gerbe de particules (appelé jet) dont la forme et la taille permettent de l’identifier et de mesurer son énergie. La forte granularité du détecteur est donc primordiale pour augmenter ses performances.

L’équipe avec ses partenaires, a construit le premier prototype de cette nouvelle génération de calorimètres, ainsi que l’électronique associée, et a conçu des algorithmes de type Particle Flow Algorithms (PFA) dans le but d’améliorer la reconstruction des jets issus des interactions et d’en mesurer précisément leur énergie. Plusieurs tests au CERN ont démontré la grande puissance du SDHCAL.

L’équipe a contribué à la réalisation du détecteur TOMUVOL pour la tomographie des volcans. Il a développé un nouveau schéma de lecture de grands détecteurs avec un nombre réduit de canaux électronique tout en maintenant une grande granularité.

 

Prototype SDHCAL

Activités

  • Organisation de plusieurs tests sur faisceau du prototype SDHCAL au CERN (2015,16, 17 et 18) et l’exploitation des données pour l’étude des gerbes hadroniques
  • Développement de la simulation complète du prototype SDHCAL ainsi que du SDHCAL dans ILD et CEPC
  • Conception, construction et exploitation du détecteur TOMUVOL avec le LPC
  • Conception et réalisation des détecteurs RPC de grande taille (2 m2) et une nouvelle électronique de lecture pour le module0 de SDHCAL pour le projet ILD/ILC
  • Participation à la rédaction du DBD de ILD-ILC et au CDR du projet CEPC
  • Conception et réalisation des grandes cartes de lecture pour des  chambres RPC pour le projet de l’upgrade des CMS muon en utilisant le timing.
  • Conception d’un nouveau système d’acquisition ZDAQ
  • Conception d’une nouvelle carte de lecture des détecteurs à gaz (PCT/EP2018/053561-FR3062926)
  • Développement d’algorithmes PFA (ArborPFA/APRIL)
  • Développement d’un nouveau matériau pour les détecteurs RPC permettant d’augmenter leur taux de détection d’un facteur 1000.
  • Conception et réalisation d’un système de détection pour la sécurité du territoire pour l’entreprise Smiths Detection basé sur le brevet. Financement par PULSALYS
  • Co-organisation des conférences CHEF sur la calorimétrie.

Interaction d’un pion (gauche) et d’un électron (droite) dans le SDHCAL

Mesure de l’énergie des faisceau de hadron au CERN ( gauche : linéarité, droite : résolution)

 

Knit Pads for Reading Gas Detectors (PCT/EP2018/053561-EN3062926)

L’équipe AEgIS (Antihydrogen Experiment : Gravity, Interferometry, Spectroscopy) de l’IP2I travaille sur l’expérience du même nom réalisée au CERN. L’objectif est d’effectuer la première mesure directe des effets de la gravitation sur l’antimatière en observant la chute d’atomes d’antihydrogène.

Les chercheurs utilisent des antiprotons pour produire un faisceau d’atomes d’antihydrogène qui est envoyé dans un dispositif appelé déflectomètre de moiré. Associé à un détecteur de position, ce dernier leur permet de mesurer avec une précision de 1% l’ampleur de l’interaction gravitationnelle entre la matière (la Terre) et l’antimatière (les antihydrogènes).

Le déflectomètre est doté d’un système de grilles qui divise le faisceau d’antihydrogène en faisceaux parallèles, créant ainsi une structure périodique dont l’analyse permet de déterminer la déflexion du faisceau d’antihydrogène au cours de son vol horizontal. En combinant cette mesure avec le temps de vol, nous pouvons peut alors mesurer la force gravitationnelle qui s’exerce sur les atomes d’antihydrogène.

La collaboration AEgIS rassemble des physiciens de toute l’Europe et doit relever de nombreux défis techniques tels que l’utilisation de très basses températures (0,1° K), d’ultravide (10-11 mbar), de champs magnétiques élevés (1 et 5 T), de lasers Lyman α pour caractériser les jets d’antihydrogènes, la production de positronium excités, d’antiprotons, etc…

Notre équipe a construit le faisceau d’ion hydrogène utilisés pour caractériser les réseaux de moirés du déflectomètre.

Publications HAL


2021

Journal articles

Alexandra Carvalho, Florian Goertz, Ken Mimasu, Maxime Gouzevitch, Anamika Aggarwal. On the reinterpretation of non-resonant searches for Higgs boson pairs. JHEP, 2021, 02, pp.049. ⟨10.1007/JHEP02(2021)049⟩. ⟨hal-02410842⟩ https://arxiv.org/pdf/1710.08261

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, Thomas Bergauer, et al.. Evidence for electroweak production of four charged leptons and two jets in proton-proton collisions at \sqrt {s} = 13 TeV. Phys.Lett.B, 2021, 812, pp.135992. ⟨10.1016/j.physletb.2020.135992⟩. ⟨hal-02934053⟩ https://arxiv.org/pdf/2008.07013

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, Thomas Bergauer, et al.. Search for top squark pair production using dilepton final states in {\text {p}}{\text {p}} collision data collected at \sqrt{s}=13\,\text {TeV}. Eur.Phys.J.C, 2021, 81 (1), pp.3. ⟨10.1140/epjc/s10052-020-08701-5⟩. ⟨hal-02934073⟩ https://arxiv.org/pdf/2008.05936

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Thomas Bergauer, Marko Dragicevic, et al.. Search for dark photons in Higgs boson production via vector boson fusion in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. JHEP, 2021, 03, pp.011. ⟨10.1007/JHEP03(2021)011⟩. ⟨hal-02973239⟩ https://arxiv.org/pdf/2009.14009

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Thomas Bergauer, Marko Dragicevic, et al.. Measurements of production cross sections of polarized same-sign W boson pairs in association with two jets in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. Phys.Lett.B, 2021, 812, pp.136018. ⟨10.1016/j.physletb.2020.136018⟩. ⟨hal-02959534⟩ https://arxiv.org/pdf/2009.09429

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, Thomas Bergauer, et al.. Search for strong electric fields in PbPb collisions at \sqrt{s_\mathrm{NN}} = 5.02 TeV using azimuthal anisotropy of prompt \mathrm{D}^0 and \overline{\mathrm{D}}^0 mesons. Phys.Lett.B, 2021, pp.136253. ⟨10.1016/j.physletb.2021.136253⟩. ⟨hal-02966267⟩ https://arxiv.org/pdf/2009.12628

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Thomas Bergauer, Marko Dragicevic, et al.. Search for new physics in top quark production with additional leptons in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV using effective field theory. JHEP, 2021, 03, pp.095. ⟨10.1007/JHEP03(2021)095⟩. ⟨hal-03098879⟩ https://arxiv.org/pdf/2012.04120

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, Thomas Bergauer, et al.. Measurement of differential \mathrm{t\bar{t}} production cross sections using top quarks at large transverse momenta in pp collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. Phys.Rev.D, 2021, 103 (5), pp.052008. ⟨10.1103/PhysRevD.103.052008⟩. ⟨hal-02934069⟩ https://arxiv.org/pdf/2008.07860

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, Thomas Bergauer, et al.. Studies of charm and beauty hadron long-range correlations in pp and pPb collisions at LHC energies. Phys.Lett.B, 2021, 813, pp.136036. ⟨10.1016/j.physletb.2020.136036⟩. ⟨hal-02959551⟩ https://arxiv.org/pdf/2009.07065

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, Thomas Bergauer, et al.. Measurement of the inclusive and differential Higgs boson production cross sections in the leptonic WW decay mode at \sqrt{s} = 13 TeV. JHEP, 2021, 03, pp.003. ⟨10.1007/JHEP03(2021)003⟩. ⟨hal-02905960⟩ https://arxiv.org/pdf/2007.01984

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, Thomas Bergauer, et al.. Measurement of the CP-violating phase \phi_\mathrm{s} in the B^0_\mathrm{s}\to J/\psi\, \phi(1020) \to \mu^+\mu^-K^+K^- channel in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. Phys.Lett.B, 2021, 816, pp.136188. ⟨10.1016/j.physletb.2021.136188⟩. ⟨hal-02905957⟩ https://arxiv.org/pdf/2007.02434

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Thomas Bergauer, Marko Dragicevic, et al.. Search for dark matter produced in association with a leptonically decaying Z boson in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. Eur.Phys.J.C, 2021, 81 (1), pp.13. ⟨10.1140/epjc/s10052-020-08739-5⟩. ⟨hal-02934005⟩ https://arxiv.org/pdf/2008.04735

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Thomas Bergauer, Marko Dragicevic, et al.. Evidence for Higgs boson decay to a pair of muons. JHEP, 2021, 01, pp.148. ⟨10.1007/JHEP01(2021)148⟩. ⟨hal-02955746⟩ https://arxiv.org/pdf/2009.04363

Vardan Khachatryan, Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, et al.. The very forward CASTOR calorimeter of the CMS experiment. JINST, 2021, 16 (02), pp.P02010. ⟨10.1088/1748-0221/16/02/P02010⟩. ⟨hal-03022710⟩ https://arxiv.org/pdf/2011.01185

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, Thomas Bergauer, et al.. Search for the lepton flavor violating decay \tau \to 3\mu in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. JHEP, 2021, 01, pp.163. ⟨10.1007/JHEP01(2021)163⟩. ⟨hal-02939897⟩ https://arxiv.org/pdf/2007.05658

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, Thomas Bergauer, et al.. Measurements of {\mathrm{p}} {\mathrm{p}} \rightarrow {\mathrm{Z}} {\mathrm{Z}} production cross sections and constraints on anomalous triple gauge couplings at \sqrt{s} = 13\,\text {TeV}. Eur.Phys.J.C, 2021, 81 (3), pp.200. ⟨10.1140/epjc/s10052-020-08817-8⟩. ⟨hal-02946182⟩ https://arxiv.org/pdf/2009.01186

Claude Amsler, Massimiliano Antonello, Alexander Belov, Germano Bonomi, Roberto Sennen Brusa, et al.. Pulsed production of antihydrogen. Commun.Phys., 2021, 4 (1), pp.19. ⟨10.1038/s42005-020-00494-z⟩. ⟨hal-03150578⟩

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03150578/file/s42005-020-00494-z.pdf

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, Ece Asilar, et al.. Correlations of azimuthal anisotropy Fourier harmonics with subevent cumulants in pPb collisions at \sqrt{s_{NN}}=8.16TeV. Phys.Rev.C, 2021, 103 (1), pp.014902. ⟨10.1103/PhysRevC.103.014902⟩. ⟨hal-02154224⟩ https://arxiv.org/pdf/1905.09935

Habilitation à diriger des recherches

Sebastien Viret. Le LHC vu des cuisines : De LHCb à CMS, en passant par ATLAS. Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]. Université Claude Bernard Lyon 1, 2021. ⟨tel-03170368⟩

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03170368/file/HDR_viret_fra_final.pdf

Preprints, Working Papers, ...

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, et al.. Measurements of Higgs boson production cross sections and couplings in the diphoton decay channel at \sqrt{s} = 13 TeV. 2021. ⟨hal-03186194⟩ https://arxiv.org/pdf/2103.06956