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Un nouveau spectromètre vient d'être mis en service par la Collaboration
COMPASS sur l'une des lignes de faisceau de haute énergie du CERN.
L'un des objectifs de cette expérience est une mesure de la contribution
du spin des gluons au spin du nucléon qui utilise le faisceau de muons
polarisés de haute intensité ainsi qu'une cible de nucléons polarisés.
L'équipe du DAPNIA/SPhN s'est engagée dans la réalisation de la partie
du spectromètre située directement en aval de la cible, où les flux de
particules sont les plus élevés. Ceci a conduit l'équipe à se lancer
dans des choix technologiques audacieux.
Dans la région proche du faisceau, la détection est assurée par douze détecteurs gazeux à micropistes Micromégas. Ceux-ci couvrent une surface de 40 x 40 cm2, ce qui représente à ce jour la plus grande surface couverte par un détecteur à micropistes.
Chaque détecteur comprend une microgrille spéciale dont les mailles possèdent une ouverture de 50 x 50 microns carrés et qui délimite un espace d'amplification de 100 microns d'épaisseur, ceci sur toute la surface. Avec un taux de particules qui peut atteindre 200 000 par seconde et par piste, l'efficacité de détection est supérieure à 99% et la résolution spatiale est de 60 microns.
Dans la région périphérique, la détection est assurée par 3 stations de chambres à dérive comportant chacune 8 plans de fils. Grâce à leur conception: cellule de 7 x 8 mm2 de section et lecture par une électronique rapide, elles peuvent supporter des flux de particules allant jusqu'à 300 000 par seconde et par fil et leur résolution spatiale est proche de 150 microns par plan.
Outre les détecteurs, le DAPNIA a conçu et construit l'électronique de lecture. Pour Micromégas, une des difficultés est de minimiser le taux de décharges, phénomène inhérent aux détecteurs à micropistes fonctionnant sous haut flux, et d'annuler leur impact sur le détecteur. Ceci a conduit à utiliser un mélange gazeux léger à base de néon et à fabriquer une électronique appropriée pour laquelle le service d'électronique du DAPNIA a développé un nouveau circuit "ASIC" spécialisé.
Quelques années de R&D ont été nécessaires avant de lancer la fabrication des détecteurs dans leur version définitive. Certaines contraintes inhérentes à l'expérience ont rendu la tâche difficile. L'une d'entre elles est la nécessité d'introduire le moins possible de matière sur le trajet des particules afin de réduire les diffusions parasites, génératrices d'erreurs. Cette contrainte s'est avérée très sévère pour les Micromégas qui sont situées dans la partie interne du spectromètre et pour lesquelles il a fallu déporter l'électronique de lecture. Ceci a conduit à prolonger les pistes vers l'extérieur, et donc à réaliser un circuit imprimé de plus d'un mètre carré de surface, pour une épaisseur de 100 microns. L'utilisation d'un "nid d'abeille" a permis de rigidifier cette structure et de garantir une excellente planéité tout en conservant une quantité de matière minime.
Le nombre de voies d'électroniques pour cet ensemble de détection est élevé, soit ~12000 pour les Micromégas et ~3000 pour les chambres à dérive. Son installation dans une région particulièrement encombrée du spectromètre a représenté un certain nombre de défis de mécaniques, les détecteurs devant pouvoir être extraits de la zone de détection où ils sont inaccessibles et repositionnés ensuite avec une précision sub-millimétrique, le tout en quelques minutes.
Nous avons réalisé cette année la mise en service de l'ensemble des détecteurs. Le fonctionnement de routine a été assuré avec succès dès le début de la campagne de mesures en juin 2002. Les performances obtenues dans les conditions nominales de l'expérience s'avèrent conformes et généralement meilleures que celles requises dans le cahier des charges. La fiabilité et la stabilité des détecteurs sont excellentes. C'est un atout de taille pour COMPASS qui mesure une asymétrie très faible. Le succès d'une telle mesure requiert en effet la maîtrise des erreurs systématiques tout au long de la prise de données qui s'étend sur plusieurs mois.
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