Moyens expérimentaux
Moyens expérimentaux

Simulation d'un événement "micro-trou noir" dans le détecteur ATLAS

  Moyens d’investigation :

Domaines de recherche:

 Le « Modèle standard » : notre vision des constituants élémentaires et de leurs interactions telles qu'ils sont décrits par la théorie quantique relatiste des champs et par des principes de symétrie très profonds.

Ce modèle n'étant pas capable d'englober toutes les phénomènes physiques connus (gravitation, matière et énergie noire, asymétrie matière-antimatière), notre objectif est de rechercher des indices expérimentaux qui puissent nous mettre sur la voie d'une théorie plus complète.

Principes de fonctionnement

Atlas observe des collisions spectaculaires de protons d’énergie totale de 13 TeV dans le centre de masse (14 TeV à partir de 2021). Ces protons sont accélérés par le LHC, un anneau accélérateur souterrain de 27 km de circonférence. Le tunnel du LHC est entièrement équipé d’aimants supraconducteurs qui dirigent et focalisent les protons sur des trajectoires circulaires. Les couches successives du détecteur Atlas servent à déterminer les trajectoires des particules chargées et à mesurer l’énergie de la plupart des particules chargées et neutres. La courbure de trajectoires dans le champ magnétique permet de déterminer leur quantité de mouvement et leur charge électrique. Parmi les mille millions de collisions produites par seconde, seules quelques unes possèdent les caractéristiques particulières qui peuvent conduire à des découvertes. Le système de déclenchement sélectionne ces événements pour éviter d’enregistrer une quantité énorme – et inutile – d’informations.
L’analyse des particules issues des collisions frontales de protons ont déjà révélé l'existence d'une nouvelle nouvelle particule, le boson de Higgs, qui est essentielle pour la validation du "Modèle Standard". Les prises de données en cours et futures permettront peut-etre de mettre en évidence des processus encore inconnus au cœur de la matière. 

 
Moyens expérimentaux

Schéma du détecteur ATLAS et de ses différents sous-détecteurs

Description technique

 Tous les aimants sont supraconducteurs. Des calorimètres électromagnétiques et hadroniques complètent cet appareillage. Un aimant solénoïde central fournit un champ de 2 Teslas pour une trajectographie précise avec le détecteur interne.

Spécificités

 Le détecteur Atlas qui mesure 46 m de long et 25 m de haut est le détecteur le plus grand et constitue, avec CMS, le détecteur le plus complexe jamais construit pour une expérience de physique des particules. Il est également remarquable par sa configuration magnétique.  La grande dimension du volume magnétique (sans fer, contrairement au cas d’un dispositif classique) permet une mesure précise des muons de haute énergie.

Différences fondamentales entre Atlas et CMS:

Les champs magnétiques utilisés pour le spectromètre à muons sont très différents:

Atlas: les huit bobines, enfermées dans un cryostat, sont assemblées dans une grande structure, dans laquelle on impulse un courant créant un champ magnétique toroïdal autour de l'axe du faisceau et non le long de l'axe du cylindre comme dans CMS. Le spectromètre à muon d'Atlas constitue un système autonome qui nécessite peu de surveillance après sa mise en marche.

CMS:  L'essentiel de l'expérience est un cylindre dans lequel un champ magnétique solénoïdal très puissant agit le long du faisceau de protons. Le champ de retour dans la culasse en fer est aussi utilisé pour compléter la mesure de l'impulsion des muons dans le détecteur interne.

Les calorimètres électromagnétiques qui mesurent les énergies et les positions  des photons et des électrons utilisent des techniques très différentes: Un sandwich plomb-argon liquide pour ATLAS, qui privilégie la résistance aux radiations, l'homogénéité de la mesure de l'énergie et la précision de la mesure de position, des cristaux scintillants pour CMS qui privilégie la résolution de la mesure de l'énergie, en particulier pour les faibles valeurs.

 

 

Maj : 09/02/2017 (1411)

 

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