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Nouveau cœur pour CMS : jusqu’ici, tout s’est bien passé

Au début du mois de mars, la collaboration CMS a installé un élément crucial de son détecteur : le trajectographe à pixels de seconde génération

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CMS pixel tracker transplant: everything went well so far

Opération délicate : le nouveau trajectographe à pixels est installé au cœur du détecteur de CMS. (Photo : Max Brice/CERN)

Début mars, la collaboration CMS a remplacé une partie du cœur de son détecteur : son système de trajectographie à pixels au silicium. Ce système, un dispositif cylindrique de quatre couches contenant 124 millions de pixels, est la partie située en plein cœur du détecteur CMS, et donc la première à mesurer la trajectoire des particules chargées issues des collisions de protons au centre de l’expérience.

Le trajectographe à pixels original était conçu pour un taux de collisions moins élevé que celui que le LHC produira dans les années à venir. Il a par conséquent été remplacé par un dispositif entièrement nouveau ; les travaux se sont déroulés entre le 28 février et le 7 mars, dans le cadre des activités de l’arrêt technique hivernal prolongé (EYETS). En fait, c’est l’amélioration du détecteur à pixels qui a déterminé le choix du calendrier des activités de l’EYETS pour l’ensemble du CERN, et son installation réussie constitue une étape importante de cette période à la fois chargée et productive pour la collaboration.

Le tonneau central (appelé BPIX) de l’ancien trajectographe à pixels était constitué de trois couches et fermé à chaque extrémité par deux disques (appelés FPIX). Le dispositif qui le remplace compte une couche complète de plus, et il est conçu principalement pour aider CMS à gérer un taux de collisions plus élevé. Cette couche supplémentaire aidera aussi CMS à mieux déterminer à quel endroit a eu lieu chaque collision et à mieux retracer la trajectoire des particules produites. Cette performance améliorée augmentera la précision avec laquelle les prédictions du Modèle standard peuvent être testées, y compris en ce qui concerne les propriétés du boson de Higgs prévues par la théorie.

Les préparatifs en vue de l’installation du détecteur à pixels de deuxième génération ont commencé déjà pendant le premier arrêt technique (LS1). La couche la plus interne du nouveau BPIX doit être placée encore plus près du point de collision qu’auparavant ; pour permettre cette configuration, la section centrale du tube de faisceau du LHC a été remplacée pendant le LS1 par un modèle plus étroit. Au début de cette année, le trajectographe à pixels original a été retiré de CMS et stocké en surface, au point 5, dans un environnement assurant une protection contre les rayonnements.

Mardi 28 février, la première moitié du nouveau BPIX a été installée autour du tube de faisceau. Le BPIX a été fabriqué par un groupement de neuf laboratoires de toute l’Europe et finalement assemblé au PSI, en Suisse. Il a été transporté au CERN il y a quelques semaines puis stocké dans une salle blanche en surface, au point 5, en attendant son installation. Le mardi matin, la première des deux moitiés a été descendue par un puits de 100 mètres de profondeur jusqu’au sol de la caverne d’expérimentation de CMS, avant d’être soulevée sur la plate-forme des opérations et mise en place ; la seconde moitié a suivi le même chemin le jeudi 2 mars. Une fois les deux moitiés installées, leurs systèmes respectifs d’électronique et de refroidissement ont dû être connectés en prévision de la prise de données. L’élément restant, le FPIX, constitué de trois disques placés de chaque côté du point de collision et construit aux États-Unis, a été installé au début de la semaine passée.

Le nouveau trajectographe à pixels fonctionnera jusqu’aux premières étapes du LHC à haute luminosité, et il sera alors remplacé par un dispositif de troisième génération.