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Nouvelles scientifiques

 

Paris, le 8 juillet 2005

 

Les premiers muons cosmiques vus par Atlas dans sa caverne

 

Le calorimètre hadronique à tuiles scintillantes de l'expérience Atlas a enregistré en juin ses premiers muons cosmiques. C'est probablement le premier sous-détecteur d'une expérience au LHC qui "voit" des données physiques. Le groupe de Clermont-Ferrand est l'un des promoteurs de ce calorimètre.

 

Près de 12 années se sont écoulées depuis la mise en place, en 1993, du projet de R&D sur un calorimètre à tuiles scintillantes, avant que celui-ci détecte ses premières particules.
Destiné à mesurer l’énergie des hadrons (jets de quarks ou de gluons, ou hadrons isolés) produits dans les collisions des faisceaux de protons du LHC, le futur collisionneur du Cern, ce calorimètre est également très performant pour détecter les muons.
Les muons d’origine cosmique sont et seront les premières particules "disponibles" pour vérifier le fonctionnement du calorimètre, en particulier de ses modules situés dans les parties hautes et basses, puisque ce sont les régions les plus traversées par les rayons cosmiques, environ 1 par seconde dans la zone d’acceptance du détecteur.

 

Fonctionnement du calorimètre

Il s’agit d’un calorimètre à échantillonnage dans lequel le milieu détecteur, constitué de scintillateurs (les tuiles), mesure une très faible partie (2,5 %) de l’énergie incidente, alors que la matrice en fer qui contient les tuiles absorbe la quasi-totalité de l’énergie. Il est constitué de trois tonneaux, un tonneau central (figure 1) flanqué de deux tonneaux bouchons de longueur moitié. L’ensemble représente un cylindre de près de 13 m de long, d’un diamètre d’environ 9 m, pour une masse totale de 2900 tonnes. Les trois tonneaux ont été assemblés en surface, puis démontés pour être transportés dans la caverne où sera installée la totalité du détecteur. À ce jour, le tonneau central est complet et contient, en son cœur, le calorimètre électromagnétique à argon liquide dont le cryostat est visible sur la figure 1. L’assemblage final des deux tonneaux bouchons va bientôt commencer, l’ensemble devant être complet en février 2006.

 

Tonneau central - Atlas

Figure 1 : Tonneau central du calorimètre hadronique à tuiles scintillantes de l'expérience Atlas tel qu'il est actuellement disposé (juin 2005) en position "garage" au fond de la caverne.
© Collaboration Atlas

 

Tests en faisceau et Atlas

Préalablement aux premiers cosmiques enregistrés, des tests effectués pendant plusieurs années sur l’accélérateur SPS ont permis de bien comprendre le fonctionnement et les performances du calorimètre. Plus d’informations sur ces tests en faisceau avec des muons, par exemple, sont données dans les 4 publications référencées ci-dessous

Cette première détection de muons cosmiques marque un nouveau pas vers la mise en route complète d’Atlas. Très attendue, la prochaine étape consistera à compléter ces images avec des traces de muons vues par le calorimètre à argon liquide, à la réalisation duquel contribuent d’autres laboratoires de l’IN2P3 (Annecy, Grenoble, Marseille, Orsay, Paris).

 

Atlas : premiers cosmiques

Figure 2 : Tranche transverse (en haut) et section longitudinale selon le futur axe des faisceaux de protons du LHC (en bas) du calorimètre hadronique à tuiles scintillantes de l’expérience Atlas : en jaune sont représentés les dépôts d’énergie laissés, dans chacune des couches de deux modules en vis-à-vis du calorimètre, par un muon d’origine cosmique ayant traversé le calorimètre de part en part en passant par son centre, là où plus tard se croiseront les faisceaux de protons du LHC. Chaque module est subdivisé radialement en 3 couches d’épaisseurs différentes.
© Collaboration Atlas

Pour en savoir plus

  • “A measurement of the energy loss spectrum of 150 GeV muons in iron”, Z. fuer Phys. C73 (1997) 455-463
  • “Response of the Atlas tile calorimeter prototype to muons”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A388 (1997) 64-78
  • “A precise measurement of 180 GeV muon energy losses in iron”, European Physical Journal C 20 (2001) 487-495
  • “A measurement of the photonuclear interactions of 180 GeV muons in iron”, European Physical Journal C28 (2003) 297-304

Contact chercheur

  • François Vazeille, Tél : 04 73 40 72 98

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