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

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Measurement of the electroweak production of Z\gamma and two jets in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV and constraints on anomalous quartic gauge couplings. Phys.Rev.D, 2021, 104, pp.072001. ⟨10.1103/PhysRevD.104.072001⟩. ⟨hal-03280754⟩ https://arxiv.org/pdf/2106.11082

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Search for new particles in events with energetic jets and large missing transverse momentum in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. JHEP, 2021, 11, pp.153. ⟨10.1007/JHEP11(2021)153⟩. ⟨hal-03319370⟩ https://arxiv.org/pdf/2107.13021

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Observation of tW production in the single-lepton channel in pp collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. JHEP, 2021, 11, pp.111. ⟨10.1007/JHEP11(2021)111⟩. ⟨hal-03354062⟩ https://arxiv.org/pdf/2109.01706

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Search for a heavy Higgs boson decaying into two lighter Higgs bosons in the \tau\taubb final state at 13 TeV. JHEP, 2021, 11, pp.057. ⟨10.1007/JHEP11(2021)057⟩. ⟨hal-03280753⟩ https://arxiv.org/pdf/2106.10361

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⟩

P. Cao, Z.A. Liu, J. Zhao, H. Kou, J. Tao, et al.. Research and development of the back-end electronics for the two-dimensional improved resistive plate chambers in CMS upgrade. Rad.Det.Tech.Meth., 2021, 5 (2), pp.181-191. ⟨10.1007/s41605-020-00229-2⟩. ⟨hal-03260030⟩

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

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⟩

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03197612/file/Adam_2021_J._Inst._16_P02027.pdf

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.. 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. Physics Letters B, Elsevier, 2021, 816, pp.136188. ⟨10.1016/j.physletb.2021.136188⟩. ⟨hal-02905957⟩

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

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Thomas Bergauer, Marko Dragicevic, et al.. First measurement of the cross section for top quark pair production with additional charm jets using dileptonic final states in pp collisions at s=13TeV. Phys.Lett.B, 2021, 820, pp.136565. ⟨10.1016/j.physletb.2021.136565⟩. ⟨hal-03107963⟩ https://arxiv.org/pdf/2012.09225

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. Journal of High Energy Physics, Springer, 2021, 05, pp.054. ⟨10.1007/JHEP05(2021)054⟩. ⟨hal-02870840⟩ https://arxiv.org/pdf/2005.14219

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://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03022710/file/The_CMS_collaboration_2021_J._Inst._16_P02010.pdf

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, et al.. Search for top squarks in final states with two top quarks and several light-flavor jets in proton-proton collisions at \sqrt {s} = 13  TeV. Phys.Rev.D, 2021, 104 (3), pp.032006. ⟨10.1103/PhysRevD.104.032006⟩. ⟨hal-03171395⟩ https://arxiv.org/pdf/2102.06976

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Thomas Bergauer, Marko Dragicevic, et al.. Search for singly and pair-produced leptoquarks coupling to third-generation fermions in proton-proton collisions at s=13 TeV. Physics Letters B, Elsevier, 2021, 819, pp.136446. ⟨10.1016/j.physletb.2021.136446⟩. ⟨hal-03098875⟩ https://arxiv.org/pdf/2012.04178

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, et al.. Observation of a New Excited Beauty Strange Baryon Decaying to\Xi^-_\mathrm{b} \pi^+ \pi^-. Physical Review Letters, American Physical Society, 2021, 126 (25), pp.252003. ⟨10.1103/PhysRevLett.126.252003⟩. ⟨hal-03150582⟩ https://arxiv.org/pdf/2102.04524

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. Physics Letters B, Elsevier, 2021, 812, pp.136018. ⟨10.1016/j.physletb.2020.136018⟩. ⟨hal-02959534⟩

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02959534/file/hal-02959534.pdf

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, et al.. Precision luminosity measurement in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV in 2015 and 2016 at CMS. Eur.Phys.J.C, 2021, 81 (9), pp.800. ⟨10.1140/epjc/s10052-021-09538-2⟩. ⟨hal-03203657⟩ https://arxiv.org/pdf/2104.01927

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, et al.. Measurement of the W\gamma Production Cross Section in Proton-Proton Collisions at \sqrt {s}=13  TeV and Constraints on Effective Field Theory Coefficients. Physical Review Letters, American Physical Society, 2021, 126 (25), pp.252002. ⟨10.1103/PhysRevLett.126.252002⟩. ⟨hal-03150575⟩ https://arxiv.org/pdf/2102.02283

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{\mathrm{s}} = 13 TeV. JHEP, 2021, 07, pp.027. ⟨10.1007/JHEP07(2021)027⟩. ⟨hal-03186194⟩ https://arxiv.org/pdf/2103.06956