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.

Le groupe CMS a contribué  à la conception et à la réalisation de plusieurs sous-détecteurs  de l’expérience CMS.  Il travaille aussi sur l’analyse des données collectées et a eu un rôle dans  la découverte d’un boson de Higgs, qui fut un immense succès.   CMS continue d’étudier le modèle standard de la physique des particules, et cherche à découvrir des particules ou des phénomènes inconnues, ce que l’on appelle la « nouvelle physique », à travers des interactions impliquant des quarks top,  et/ou des bosons de Higgs. Il faut de plus penser à l’avenir, et le groupe est impliqué dans le renouvellement des détecteurs en vue d’une prochaine phase d’opération du LHC et du CMS destinée à multiplier la quantité de données par 10.

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.


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