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

B. Boghrati, V. Amoozegar, M. Ebrahimi, R. Ghasemi, M. Mohammadi Najafabadi, et al.. CMS phase-II upgrade of the RPC Link System. JINST, 2021, 16 (05), pp.C05003. ⟨10.1088/1748-0221/16/05/C05003⟩. ⟨hal-03235657⟩

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Thomas Bergauer, Marko Dragicevic, et al.. Search for nonresonant Higgs boson pair production in final states with two bottom quarks and two photons in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. JHEP, 2021, 03, pp.257. ⟨10.1007/JHEP03(2021)257⟩. ⟨hal-03070698⟩

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03070698/file/Sirunyan2021_Article_SearchForNonresonantHiggsBoson.pdf

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://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02973239/file/Sirunyan2021_Article_SearchForDarkPhotonsInHiggsBos.pdf

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://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02934069/file/hal-02934069.pdf

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, Thomas Bergauer, et al.. Measurements of the differential cross sections of the production of Z + jets and \gamma + jets and of Z boson emission collinear with a jet in pp collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. JHEP, 2021, 05, pp.285. ⟨10.1007/JHEP05(2021)285⟩. ⟨hal-03150580⟩ https://arxiv.org/pdf/2102.02238

Rudolf Fruehwirth, Claudia-Elisabeth Wulz, Davide Di Croce, Haifa Rejeb Sfar, Jorgen d'Hondt, et al.. Development and validation of HERWIG 7 tunes from CMS underlying-event measurements. Eur.Phys.J.C, 2021, 81 (4), pp.312. ⟨10.1140/epjc/s10052-021-08949-5⟩. ⟨hal-03022767⟩

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03022767/file/hal-03022767.pdf

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://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02934073/file/hal-02934073.pdf

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, Thomas Bergauer, et al.. Study of Drell-Yan dimuon production in proton-lead collisions at \sqrt{s_\mathrm{NN}} = 8.16 TeV. JHEP, 2021, 05, pp.182. ⟨10.1007/JHEP05(2021)182⟩. ⟨hal-03171419⟩ https://arxiv.org/pdf/2102.13648

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://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02946182/file/hal-02946182.pdf

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://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02905957/file/hal-02905957.pdf

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⟩

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W. Adam, T. Bergauer, M. Dragicevic, R. Frühwirth, V. Hinger, et al.. The CMS Phase-1 Pixel Detector Upgrade. JINST, 2021, 16 (02), pp.P02027. ⟨10.1088/1748-0221/16/02/P02027⟩. ⟨hal-03197612⟩

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S. Mariazzi, R. Caravita, C. Zimmer, B. Rienäcker, A. Camper, et al.. High-yield thermalized positronium at room temperature emitted by morphologically tuned nanochanneled silicon targets. J.Phys.B, 2021, 54 (8), pp.085004. ⟨10.1088/1361-6455/abf6b6⟩. ⟨hal-03229376⟩

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, 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⟩

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Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Thomas Bergauer, Marko Dragicevic, et al.. In-medium modification of dijets in PbPb collisions at \sqrt{s_{\mathrm{NN}}} = 5.02 TeV. JHEP, 2021, 05, pp.116. ⟨10.1007/JHEP05(2021)116⟩. ⟨hal-03129475⟩ https://arxiv.org/pdf/2101.04720

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, Thomas Bergauer, et al.. Measurement of b jet shapes in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 5.02 TeV. JHEP, 2021, 05, pp.054. ⟨10.1007/JHEP05(2021)054⟩. ⟨hal-02870840⟩ https://arxiv.org/pdf/2005.14219

Rudolf Fruehwirth, Claudia-Elisabeth Wulz, Eliza Melo da Costa, Helena Brandao Malbouisson, Thiago Tomei, 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://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02959551/file/hal-02959551.pdf

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://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02934053/file/hal-02934053.pdf

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Thomas Bergauer, Marko Dragicevic, et al.. Search for supersymmetry in final states with two oppositely charged same-flavor leptons and missing transverse momentum in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. JHEP, 2021, 04, pp.123. ⟨10.1007/JHEP04(2021)123⟩. ⟨hal-03108009⟩

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03108009/file/Sirunyan2021_Article_SearchForSupersymmetryInFinalS.pdf