Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers

Objectifs:

Durant les dernières décennies, la recherche fondamentale en physique des particules a fait d'énorme progrès et a permis de valider un cadre théorique appelé "Modèle Standard ». Mais il laisse de trop nombreuses questions en suspens : la matière et l’antimatière étant les images symétriques exactes l’une de l’autre, elles auraient dû s’annihiler totalement pour ne laisser que l’énergie. Pourquoi alors reste-t-il un excès de matière qui a pu former les galaxies, le système solaire et … nous-mêmes ? Comment les particules fondamentales ont-elles acquis leur masse, alors qu’elles n’en avaient pas à leur origine ? La mise en évidence de processus nouveaux et de nouvelles particules modifierait notre compréhension de la matière et de l’énergie : en particulier le champ de la particule « boson de Higgs » pourrait avoir conféré leur masse à toutes les autres. D’autres nouvelles particules sont attendues dans le cadre des extensions du modèle standard, les particules de la super-symétrie, théorie qui associe à toutes les particules des partenaires, dotées de propriétés différentes mais apparentées. Cette super-symétrie impliquerait-elle des dimensions supplémentaires de l’espace-temps ou encore des trous noirs miniatures ?

Localisation :

CERN-Genève
LHC, point d'interaction No 5 à Cessy 

 Contribution Irfu :

Bobine :

Étude, suivi de production, installation et validation.
(Plus de détails dans la fiche projet CMS-solénoïde)

Calorimètre électromagnétique :

* R&D sur les photodétecteurs APD (photodiodes à avalanche) (Sédi/SPP)

* R&D sur les cristaux (collaborationCrystal-Clear)

* Étude, développement, installation, test et exploitation des données du système de monitorage de transparence des cristaux. (Sédi/SPP) :

Bien que les cristaux utilisés dans le calorimètre électromagnétique de CMS soient résistants aux radiations, ils subissent néanmoins une perte de transparence sous irradiation à cause de la formation de centres colorés dû à des défauts qui apparaissent dans la structure cristalline.
Nous avons développé un système de mesure en temps réel de la transparence de chaque cristal qui permet de corriger la réponse du détecteur et ainsi maintenir sa stabilité avec une précision de quelques pour-mille sur une période de l’ordre du mois.
Cette mesure se fait grâce à l’injection de lumière laser sur la face avant de chaque cristal et en lisant la réponse du photo-détedteur associé. La quantité de lumière envoyée est mesurée par une diode PN de référence.
Pour atteindre ces performances, il a fallu développer un système de distribution de lumière par fibre optique avec plusieurs étages d’homogénéisation de la lumière afin d’éviter la propagation de problèmes de cohérence de photons.
Une électronique spécifique a été développée pour lire les diodes PN de référence : un préamplificateur bas bruit en technologie DMILL (FEM) ainsi qu’un module de numérisation et d’interface avec le système d’acquisition de CMS (MEM)

* Étude, développement, installation, test et exploitation des données du processeur de lecture sélective (Sédi/SPP):

Dans l’expérience CMS, une lecture complète du calorimètre électromagnétique représente un bloc de données de 1,5 Mo, ce qui est supérieur à la taille allouée au détecteur complet. Afin de réduire la part du ECAL dans l’événement, sans introduire de biais dans les analyses de physique, nous avons développé un processeur de lecture sélective (SRP), qui permet de ne lire que les régions intéressantes dans le ECAL. Ceci permet de réduire la taille occupée par les données du ECAL d’un facteur 20.
Le SRP reçoit les informations du système de sélection et envoie au système de lecture les identifiants des régions à fort intérêt qu’il faut lire en totalité, et les autres régions sur lesquelles une suppression de zéros peut être appliquée.
La difficulté technique de ce développement se situe au niveau des communications avec les autres systèmes du ECAL. Un protocole basé sur des liaisons séries par fibres optiques à très haut débit a été mis en œuvre dans ce projet, ce qui a permis d’étendre le savoir faire du Sédi.
Ce protocole a été ensuite repris par l’expérience CMS pour développer le « Global Trigger ».
Le SRP est constitué de cartes VME 6U, chaque partition du ECAL étant traité par 3 modules de 3 cartes

* Étude, fabrication et mise en oeuvre du système d'enfournements des supermodules du calorimètre électromagnétique dans l'expérience CMS.

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