Figure 1. Premier événement de collision proton proton vu dans une coupe transverse du détecteur CMS.
Depuis le redémarrage du LHC le 20 novembre, CMS a bénéficié des excellentes performances d'opération du collisionneur pour enregistrer de nombreuses données utiles à la vérification de son bon fonctionnement et à son étalonnage. CMS a démontré durant cette période la stabilité des conditions de travail du détecteur, ainsi que l'efficacité de sa chaîne d'analyse des données, depuis le détecteur jusqu'aux équipes d'analyse à travers le monde, et ceci en dépit de conditions de faisceaux changeant très rapidement.
Du premier faisceau à la première collision
Le 20 novembre, le premier faisceau a atteint CMS à l'énergie d'injection (450 GeV) autour de 19 h. Dès 23 h 30, le deuxième faisceau a à son tour atteint le détecteur. CMS a tout de suite mis à profit les interactions entre le faisceau circulant et la matière environnante, en détectant dans les calorimètres électromagnétique (ECal) et hadronique (HCal), ainsi que dans les chambres à muons des bouchons, les particules ainsi produites. Ces beam splash events ont permis, par exemple, d'améliorer la synchronisation des deux calorimètres et aussi de tester les performances des chambres à muons.
Le 23 novembre vers 13 h, pour la première fois, deux faisceaux ont circulé simultanément dans le LHC. Dès le début de l'après-midi, les faisceaux ont été conduits à se croiser aux points où sont situés les détecteurs Atlas et CMS. Dans la soirée, les faisceaux ont été optimisés pour CMS qui a pu enregistrer ses premières « vraies » collisions.
Ces premières collisions ont été réalisées à une énergie de 0,9 TeV (450 GeV par faisceau) ce qui est une basse énergie pour le LHC mais une énergie colossale tout de même (le plus puissant accélérateur du monde avant le LHC était le Tevatron, capable de réaliser des collisions à presque 2 TeV, 0.98 TeV/faisceau). Les collisions à 0,9 TeV ont continué durant quelques jours, avec un champ magnétique nul dans l'aimant de CMS afin de simplifier la tâche des opérateurs du LHC.
« L'excitation était bien sûr à son comble dans la collaboration qui a fêté l'événement dans la joie avec une cuvée de champagne spéciale » confie Marc Dejardin, le responsable du groupe CMS de l'Irfu.
Le porte-parole de la collaboration, Tejinder Virdee, a déclaré à cette occasion: « Ces collisions annoncent la deuxième moitié de cet incroyable voyage de découverte des secrets de la nature».
Les premières identifications de particules s'enchaînent
Le 26 novembre dans l'auditorium principal du CERN, la collaboration CMS a présenté un spectre de masse du pion neutre se désintégrant en deux photons, en bon accord avec les données simulées, ce qui montre la bonne compréhension du calorimètre électromagnétique (figure 2). Le 30 novembre, CMS a aussi remis en marche son solénoïde qui a atteint son champ magnétique nominal de 3,8 T vers 21 h. La prise de données de collisions à 0, 9 TeV s'est ainsi poursuivie jusqu'au week-end du 13 décembre avec des faisceaux stables et CMS a pu enregistrer 400 000 événements. Le 15 décembre au matin, le LHC a atteint une énergie dans le centre de masse de 2,36 TeV et fourni des collisions aux quatre expériences avec des faisceaux stables pendant une heure et demie. Le détecteur CMS était alors complètement en service et a enregistré 15 000 collisions, dont une est représentée sur la figure 3.
« Les premiers résultats sont arrivés très rapidement dès la fin de la prise de données. Ces premières collisions sont donc une grande réussite aussi bien pour le LHC que pour CMS qui a collecté de nombreux événements de collisions qui seront utilisés en premier lieu pour mieux comprendre et étalonner le détecteur » explique Marc Dejardin, confiant pour la suite des événements à la reprise des collisions à 7 TeV prévue en février 2010.
Figure 2. Idenfication du méson neutre pi0 grâce à la reconstruction des deux photons de désintégration mesurés dans le calorimètre électromagnétique.
Figure 3. Le 14 décembre, CMS reconstruisait des événements multi jets obtenus pour les premières collisions à 2,36 Tev. Les quarks et les gluons issus de ces collisions se combinent pour former des hadrons (les quarks et les gluons n’existent pas à l’état libre mais confinés à l’intérieur de hadrons). Ce sont ces jets de hadrons qui sont reconstruits par les détecteurs.
Contact :
Marc Dejardin, responsable du groupe CMS de l'Irfu.
• Constituants élémentaires et symétries fondamentales › Physique des particules auprès des collisionneurs Physique et technologie des aimants supraconducteurs
