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


2022

Journal articles

V. Andreev, M. Arratia, A. Baghdasaryan, A. Baty, K. Begzsuren, et al.. Measurement of Lepton-Jet Correlation in Deep-Inelastic Scattering with the H1 Detector Using Machine Learning for Unfolding. Phys.Rev.Lett., 2022, 128 (13), pp.132002. ⟨10.1103/PhysRevLett.128.132002⟩. ⟨hal-03336425⟩ https://arxiv.org/pdf/2108.12376

I. Abt, R. Aggarwal, V. Andreev, M. Arratia, V. Aushev, et al.. Impact of jet-production data on the next-to-next-to-leading-order determination of HERAPDF2.0 parton distributions. Eur.Phys.J.C, 2022, 82 (3), pp.243. ⟨10.1140/epjc/s10052-022-10083-9⟩. ⟨hal-03619379⟩ https://arxiv.org/pdf/2112.01120

E. Bechetoille, B. Joly, O. Lemaire, I. Laktineh, S. Manen, et al.. Top-down design methodology for a 2 ps rms Jitter at 2.56 GHz of an analog PLL based on Ring and LC Tank Oscillators. JINST, 2022, 17 (05), pp.T05014. ⟨10.1088/1748-0221/17/05/T05014⟩. ⟨hal-03669324⟩

A. Tumasyan, W. Adam, T. Bergauer, M. Dragicevic, J. Erö, et al.. Search for low-mass dilepton resonances in Higgs boson decays to four-lepton final states in proton–proton collisions at \sqrt{s}=13\,\text {TeV}. Eur.Phys.J.C, 2022, 82 (4), pp.290. ⟨10.1140/epjc/s10052-022-10127-0⟩. ⟨hal-03634151⟩ https://arxiv.org/pdf/2111.01299

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Search for single production of a vector-like T quark decaying to a top quark and a Z boson in the final state with jets and missing transverse momentum at \sqrt{s} = 13 TeV. JHEP, 2022, 05, pp.093. ⟨10.1007/JHEP05(2022)093⟩. ⟨hal-03537219⟩ https://arxiv.org/pdf/2201.02227

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Search for heavy resonances decaying to ZZ or ZW and axion-like particles mediating nonresonant ZZ or ZH production at \sqrt{s} = 13 TeV. JHEP, 2022, 04, pp.087. ⟨10.1007/JHEP04(2022)087⟩. ⟨hal-03476976⟩ https://arxiv.org/pdf/2111.13669

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Measurement and QCD analysis of double-differential inclusive jet cross sections in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. JHEP, 2022, 02, pp.142. ⟨10.1007/JHEP02(2022)142⟩. ⟨hal-03467700⟩ https://arxiv.org/pdf/2111.10431

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Measurement of the inclusive and differential t\overline{t}γ cross sections in the dilepton channel and effective field theory interpretation in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. JHEP, 2022, 05, pp.091. ⟨10.1007/JHEP05(2022)091⟩. ⟨hal-03552508⟩ https://arxiv.org/pdf/2201.07301

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Search for supersymmetry in final states with two or three soft leptons and missing transverse momentum in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. JHEP, 2022, 04, pp.091. ⟨10.1007/JHEP04(2022)091⟩. ⟨hal-03445527⟩ https://arxiv.org/pdf/2111.06296

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Search for long-lived particles decaying into muon pairs in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV collected with a dedicated high-rate data stream. JHEP, 2022, 04, pp.062. ⟨10.1007/JHEP04(2022)062⟩. ⟨hal-03519688⟩ https://arxiv.org/pdf/2112.13769

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Thomas Bergauer, Marko Dragicevic, Janos Erö, et al.. Fragmentation of jets containing a prompt J/ψ meson in PbPb and pp collisions at sNN=5.02TeV. Phys.Lett.B, 2022, 825, pp.136842. ⟨10.1016/j.physletb.2021.136842⟩. ⟨hal-03280768⟩ https://arxiv.org/pdf/2106.13235

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Search for long-lived particles decaying to leptons with large impact parameter in proton–proton collisions at \sqrt{s} = 13\,\text {Te}\text {V}. Eur.Phys.J.C, 2022, 82 (2), pp.153. ⟨10.1140/epjc/s10052-022-10027-3⟩. ⟨hal-03402376⟩ https://arxiv.org/pdf/2110.04809

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Study of dijet events with large rapidity separation in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 2.76 TeV. JHEP, 2022, 03, pp.189. ⟨10.1007/JHEP03(2022)189⟩. ⟨hal-03441096⟩ https://arxiv.org/pdf/2111.04605

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. A new calibration method for charm jet identification validated with proton-proton collision events at \sqrt{s} =13 TeV. JINST, 2022, 17 (03), pp.P03014. ⟨10.1088/1748-0221/17/03/P03014⟩. ⟨hal-03615426⟩ https://arxiv.org/pdf/2111.03027

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Search for Wγ resonances in proton-proton collisions at s=13 TeV using hadronic decays of Lorentz-boosted W bosons. Phys.Lett.B, 2022, 826, pp.136888. ⟨10.1016/j.physletb.2022.136888⟩. ⟨hal-03280751⟩ https://arxiv.org/pdf/2106.10509

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, Thomas Bergauer, Marko Dragicevic, et al.. Observation of Bs0 mesons and measurement of the Bs0/B+ yield ratio in PbPb collisions at Image 1 TeV. Phys.Lett.B, 2022, 829, pp.137062. ⟨10.1016/j.physletb.2022.137062⟩. ⟨hal-03351886⟩ https://arxiv.org/pdf/2109.01908

Albert M Sirunyan, Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Federico Ambrogi, Thomas Bergauer, et al.. Evidence for X(3872) in Pb-Pb Collisions and Studies of its Prompt Production at \sqrt {s_{NN}}=5.02  TeV. Phys.Rev.Lett., 2022, 128 (3), pp.032001. ⟨10.1103/PhysRevLett.128.032001⟩. ⟨hal-03171402⟩ https://arxiv.org/pdf/2102.13048

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Search for long-lived particles produced in association with a Z boson in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. JHEP, 2022, 03, pp.160. ⟨10.1007/JHEP03(2022)160⟩. ⟨hal-03419788⟩ https://arxiv.org/pdf/2110.13218

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Inclusive and differential cross section measurements of single top quark production in association with a Z boson in proton-proton collisions at \sqrt{s} = 13 TeV. JHEP, 2022, 02, pp.107. ⟨10.1007/JHEP02(2022)107⟩. ⟨hal-03580199⟩ https://arxiv.org/pdf/2111.02860

Armen Tumasyan, Wolfgang Adam, Janik Walter Andrejkovic, Thomas Bergauer, Suman Chatterjee, et al.. Study of quark and gluon jet substructure in Z+jet and dijet events from pp collisions. JHEP, 2022, 01, pp.188. ⟨10.1007/JHEP01(2022)188⟩. ⟨hal-03355262⟩ https://arxiv.org/pdf/2109.03340