Nuclear Physics Division

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 comme par exemple une particule pour expliquer la matière noire dont l'existence est suggerée par plusieurs mesures astrophysiques et cosmologiques, les particules de la supersymétrie, théorie qui associe à toutes les particules des partenaires, dotées de propriétés différentes mais apparentées ou bien les particules des dimensions supplémentaires de l’espace-temps ou bien encore des trous noirs miniatures.

Les activités d’analyse passées et présentes du groupe CMS de Saclay couvrent plusieurs domaines avec une prédominance pour la physique du boson de Higgs. Les mesures de précision dans le cadre du modèle standard et des recherches de nouvelles particules constituent les autres volets des activités d'analyse du groupe CMS de Saclay.

Pour le détecteur CMS, le groupe de Saclay est responsable de la conception, fabrication et mise en service du système d'étalonnage, par injection de lumière laser, du calorimètre électromagnétique (ECAL) à cristaux de tungstate de plomb et de son suivi en ligne de manière permanente. Il est également responsable du développement, de la mise en service et de la maintenance du dispositif électronique hors détecteur nommé le processeur de lecture sélective pour le calorimètre électromagnétique (SRP – Selective Read-out Processor). Pour chaque événement accepté par le premier niveau du système de déclenchement de l’expérience, le SRP permet d'alléger en temps réel la quantité des données brutes du calorimètre avant leur envoi vers le système d’acquisition.

Concernant les améliorations du détecteur CMS pour la phase haute luminosité du LHC i.e. les upgrades phase 2 du HL-LHC, le groupe CMS de Saclay s'est impliqué dans les études, le développement et la fabrication de l’électronique frontale de la partie tonneau du calorimètre électromagnétique. De plus les calorimètres bouchons de CMS vont être entièrement modifié pour cette phase HL-LHC. En mai 2015 CMS a opté pour un calorimètre dense silicium/tungstène à très haute granularité dit HGCAL résistant aux radiations. Le groupe CMS de Saclay s'est également impliqué dans ce projet en prenant la responsabilité des études et du développement du système électronique de distribution précise de l'horloge du LHC, incluant la partie TDC de l’électronique frontale du HGCAL, ceci afin de garantir la synchronisation des voies électroniques de HGCAL et la détermination précise du temps de vol des particules. Le développement du système de distribution d'horloge peut dépasser le cadre de HGCAL et se généraliser à d'autres détecteurs de CMS. Le groupe CMS de Saclay s'est aussi impliqué dans l’étude des algorithmes des primitives de déclenchement pour les jets dans HGCAL et de leur implémentation dans des firmwares (FPGA).

Enfin, plus récemment, le groupe CMS de Saclay s'est impliqué dans le projet de détecteur de timing qui sera installé entre le trajectographe et le calorimètre. Le groupe a pris la responsabilité des études et du développement du système électronique de distribution précise de l'horloge du LHC ainsi que celle de l'acquisition des données.