ALICE : A Large Ion Collider Experiment
Vue d’ensemble
Pour recréer un Plasma de Quarks et de Gluons, il faut obtenir atteindre une densité de matière et/ou une densité d’énergie extrême. La solution : accélérer des ions les plus lourds possible à des énergies colossales et les faire entrer en collision. C’est ce qui se passe au “Large Hadron Collider (LHC)“. Nous y étudions les particules émanant des collisions entre des atomes de plomb, soit près de 8000 par collision ! Il faut suivre leurs trajectoires et les identifier, ce qui revient à mesurer, au sein d’un espace très exigu, d’innombrables signaux qu’il faut enregistrer à un rythme effréné. Quatre détecteurs différents sont en fonctionnement LHC (ALICE, ATLAS, CMS et LHCb).
Parmi eux, ALICE est optimisé pour l’étude des collisions entre ions lourds et la caractérisation de la forme de matière produite dans ces collisions. ALICE, dans sa première version, a fonctionné de 2009 à 2018 (runs I et II). Au cours de l’arrêt long #2 (LS2 2019-2021), le détecteur a subit une cure de jouvence majeure (documents: Readout & Trigger System, MFT, ITS … ) et est présenté ci-dessous.
Le spectromètre à muons (muon forward spectrometer)
Historiquement, c’est l’IPN Orsay qui est impliqué dans la réalisation du spectromètre à muon (SM), une partie du détecteur dédiée à la détection des muons, dans les années 2000. Les études accessibles avec le SM s’intéressent particulièrement aux états liés et instables, comme, par exemple, le méson J/ψ qui est composé d’une paire quark-antiquark charmés, ou Y (Upsilon) comprenant une paire quark-antiquark beaux. Ces mésons lourds (3,3 fois la masse du proton pour le J/ψ et 9 fois pour le Upsilon) se désintègrent en paires de muons qui présentent la particularité d’être très peu sensibles aux milieux qu’ils traversent. La mesure des variables cinématiques de ces paires de muons permet de retrouver la masse de la particule originelle.
Nous avons eu des nombreuses responsabilités dont celles de la construction de chambres à fils ainsi que l’électronique de lecture associée ainsi que leur maintenance et amélioration.
Les chambres à fils à cathodes segmentées (cathode pad chambers)
Les détecteurs du MS ont pour rôle de localiser toutes les particules les traversant avec une précision spatiale meilleure que 1/10 mm. Il y aura 600 particules à détecter en un temps de mesure inférieur à un centième de seconde ! Les informations spatiales collectées par 10 chambres placées sur le parcours des particules, permettront de déterminer leur trajectoire ainsi que leur énergie.
Nous a construit la première station du MS. Le choix a été d’une chambre à cathodes segmentées. Le principe de ce type de chambre repose sur l’ionisation des atomes d’un gaz traversé par une particule chargée. Les électrons ainsi libérés sont accélérés dans le champ électrique produit par des fils de faible diamètres (20 µm) régulièrement espacés de 2.1 mm sur toute la surface du détecteur. La connaissance du fil ainsi touché donne une première indication du point de passage de la particule mais insuffisamment précise. L’avalanche d’électrons sur le fil induit également des charges sur les plans de cathode faisant face aux fils. Ces plans de cathode sont segmentés, comme un damier, en petites surfaces allant de 4×6 mm2 au quadruple. La reconstruction de la distribution de la charge permet de connaître la position de l’impact.