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Nouvelle scientifique

 

Paris, le 3 juin 2015

 

 

Reprise des collisions au LHC : de nombreux chercheurs de l’IN2P3 sont impliqués

 

Ce matin, les faisceaux de protons sont entrés en collision dans le LHC à une énergie record de 13 téraélectronvolts. Au total, pas moins de 12 laboratoires de l’IN2P3 ainsi que le CEA, par l’intermédiaire de l’Irfu, sont impliqués dans le succès des expériences en cours au Cern. Découvrez ci-après le détail de leurs contributions.

 

Centre de calcul de l'IN2P3 (CC-IN2P3) et Institut de physique nucléaire de Lyon (IPNL, CNRS/Université Lyon 1)
Les données prises par les quatre détecteurs sont analysées en grande partie au CC-IN2P3 à Villeurbanne, et les chercheurs de l'IPNL travaillent sur les expériences CMS et ALICE. Ils ont participé à la découverte du Boson de Higgs et s’attellent maintenant à en étudier toutes les propriétés et à rechercher de nouveaux phénomènes physiques.

 

Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM, CNRS/Aix-Marseille Université)

Le CPPM est impliqué dans le projet LHC à travers les expériences ATLAS et LHCb. Les équipes LHC du CPPM sont composées d'une soixantaine de physiciens, enseignants-chercheurs, doctorants et ingénieurs.

Le CPPM, acteur dès l'origine du projet dans le calorimètre électromagnétique et le détecteur à pixels, participe activement aux améliorations apportées au détecteur ATLAS, en particulier avec la nouvelle couche de pixels IBL insérée l'an dernier, à seulement quelques centimètres du point de collision. Elle fournit désormais un nouveau point de mesure des trajectoires des particules, améliorant les perspectives d'analyse.

Le système de déclenchement à muon de LHCb, conçu et réalisé au CPPM, a détecté ses premiers muons issus des collisions à 13 TeV. Ses paramètres de fonctionnement sont en cours d'optimisation à l'aide de ces toutes premières données.

Les défis à venir pour les équipes du CPPM incluent la caractérisation complète des détecteurs dans des conditions de prise de données encore plus exigeantes que lors de la saison 1 du LHC, les mesures de précision du boson de Higgs et, nous l'espérons, la mise en évidence d'une nouvelle physique.


Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC, CNRS/Université de Strasbourg)
En Alsace, l'IPHC est impliqué dans ce projet à travers les expériences CMS et ALICE. Les équipes CMS et ALICE de l'IPHC sont composées de plus de vingt-cinq physiciens, enseignant-chercheurs, doctorants et ingénieurs. Elles sont impliquées depuis le début des expériences dans les détecteurs aux silicium pour la reconstruction des particules chargées. Pour faire face à l'énorme flux de données (des centaines de milliards de particules à reconstruire et à analyser chaque année), le laboratoire dispose d'un centre de calcul intégré à une grille mondiale. Grâce à l'augmentation de l'énergie des collisions, tout un nouveau domaine s'ouvre désormais pour l'étude des propriétés du boson de Higgs et pour la recherche de nouvelle physique et de nouvelles particules.

Le redémarrage du LHC permettra aussi une caractérisation plus précise des propriétés d'un nouvel état de la matière : le plasma de quarks et de gluons. Les équipes CMS et ALICE contribuent activement à ces recherches.


Institut de physique nucléaire d'Orsay (IPN Orsay, CNRS/Université Paris-Sud)
C'est dans l’expérience ALICE que l'IPN d'Orsay apporte sa contribution à la Physique du LHC. Les physiciens travaillent sur la caractérisation de l’état super dense/chaud de la matière appelé le Plasma de Quark-Gluon (PQG). En particulier, le groupe ALICE s’intéresse à la production du quark charmé. Les quarks et les gluons sont les constituants fondamentaux de la matière telle que nous la décrivons aujourd'hui. Avec ce nouveau bond du LHC dans l’énergie des collisions (+60%), la production du quark charmé est plus importante. En collectant ces nouvelles données, nous accédons à des mesures plus fines et à des phénomènes plus rares. Ceci nous permettra de mieux comprendre les interactions entre les quarks et les gluons dans le PQG.


Laboratoire de l’accélérateur linéaire (LAL, CNRS/Université Paris-Sud)

Les physiciens d’ATLAS au LAL sont ravis de voir leur détecteur à nouveau illuminé par les collisions après 30 mois d’arrêt, en particulier les éléments sur lesquels ils ont travaillé : la nouvelle couche « IBL » de détecteur silicium au plus près du faisceau et le calorimètre à argon liquide. Tout semble marcher comme prévu, du détecteur jusqu’aux suites logiciels renouvelées. Le groupe supersymétrie est particulièrement impatient, le saut en énergie du LHC de 8 TeV à 13 TeV ouvrant dès aujourd'hui une fenêtre sur la nouvelle physique. Les groupes Higgs ne sont pas en reste : l’augmentation de la  luminosité ouvre la possibilité de mesures très précises des caractéristiques de ce boson.

En ce qui concerne l’expérience LHCb, le LAL est concerné au premier chef par les calorimètres et le déclenchement de premier niveau. Tout se passe bien et la première étape est terminée : le calorimètre est aligné en temps avec le LHC. Les autres composants de LHCb sont eux aussi prêts et les premières données qui seront utiles pour les analyses de physique sont enregistrées.

 

Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de physique des particules (LAPP, CNRS/Université Savoie Mont Blanc)

Le LAPP, tout près du CERN, participe aux expériences ATLAS et  LHCb depuis leur conception. Il a fortement contribué à la construction des détecteurs, leur mise en route et àl’analyse des données, qui ont conduit à la découverte du boson de Higgs et à la recherche de nouvelle physique par des désintégrations rares de mésons B, telle b en s gamma.  Pendant l’arrêt du LHC les détecteurs ATLAS et LHCb ont dû être modifiés pour affronter la nouvelle  période de prise de données (2015-2018) et des conditions plus exigeantes. L’équipe d’ATLAS a produit et installé différents éléments de la nouvelle couche du détecteur de pixels  (IBL) qui se trouve à seulement 3,3 cm du point d’interaction. En parallèle, l’équipe travaille sur le logiciel  de traitement en ligne des données venant du calorimètre électromagnétique. L’équipe de LHCb travaille sur l’acquisition des données à très haute vitesse et a sensiblement amélioré la méthode de calibration du calorimètre électromagnétique en contrôlant la stabilisation de sa réponse en ligne.  

 

Laboratoire Leprince-Ringuet  (LLR, CNRS/Ecole Polytechnique)

Le LLR est fortement impliqué dans le redémarrage à haute énergie du LHC à travers le groupe CMS. L'équipe CMS comporte une composante impliquée par la physique en collisions proton-proton (brisure de symétrie électrofaible, bosons de Higgs, supersymétrie, etc.) et une composante impliquée dans la physiques des Ions Lourds (quark-gluon plasma, etc.).

Les nouvelles données à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV permettront d'étendre considérablement la recherche d'une extension du secteur scalaire (boson de Higgs additionnels) et la recherche de matière supersymétrique ou de la matière noire. Le groupe est aux premières loges pour le redémarrage avec la responsabilité du système de déclenchement du calorimètre ECAL, les nouveaux algorithmes de déclenchement ainsi que la validation des nouveaux algorithmes de reconstruction et d'identification pour les électrons et les leptons taus. Le groupe prépare également l'avenir en parallèle avec un projet majeur de calorimétrie haute granularité (HGCAL) pour les phases futures à très haute luminosité (HL-LHC).

 

Laboratoire de physique corpusculaire de Clermont-Ferrand (LPC Clermont-Ferrand, CNRS/Université Blaise Pascal de Clermont-Ferrand)
Le LPC Clermont-Ferrand est impliqué dans trois expériences : ALICE, ATLAS et LHCb. 

Pendant l'arrêt du LHC, l'équipe ALICE a travaillé activement pour préparer les détecteurs à cette nouvelle campagne de prise de données. Ces données sont attendues avec impatience pour apporter plus de précisions sur les résultats obtenus lors du Run 1.

Dans ATLAS l’équipe est, depuis le début, partie prenante de la calorimétrie à tuiles scintillantes. L’arrêt a été mis à profit pour  modifier l’un des systèmes de calibration du calorimètre. Les études de  physique sont centrées sur les recherches de nouvelle physique avec des quarks tops et l’étude des propriétés du boson de Higgs. 

Pour LHCb, détecteur  dédié à la meilleure détection possible des particules « belles »,  les recherches portent d’une part sur l’étude des violations de la symétrie CP dans les désintégrations radiatives et dans les désintégrations sans charme des mésons beaux et d’autre part dans l’étude de renversement du temps dans les désintégrations des baryons.

 

Laboratoire de physique nucléaire et des hautes énergie (LPNHE, CNRS/Université Pierre et Marie Curie/Université Paris Diderot)

LHCb : l’annonce « faisceaux stables » prononcée par les opérateurs du LHC mercredi 3 juin 2015 à 10h40 a soulevé l’enthousiasme des membres du groupe LHCb au LPNHE. Peu de temps après, avec l’un des membres du groupe en charge dans la salle de contrôle de l’expérience, LHCb a enregistré les premières données du Run 2. Les collisions de ce Run, à une énergie presque double par rapport au précédent, permettront, en poursuivant les analyses que entreprises, de clarifier quelques énigmes apparus avant l’arrêt du LHC, et peut-être de découvrir d'autres nouvelles particules.

ATLAS : Au LPNHE, le groupe ATLAS est extrêmement satisfait et très excité de voir les premières collisions reconstruites dans le détecteur. Durant les trois années de shut-down, les chercheurs se sont investis dans divers domaines. Ils ont participé à la construction et à la mise en service de la nouvelle couche du détecteur de traces (IBL, Insertable B-Layer), mais aussi à l’amelioration du calorimètre et du systeme de déclenchement. Enfin, ils ont adapté et optimisé leurs stratégies d’analyse, notamment pour les mesures concernant le boson de Higgs, afin d'être prêts pour la nouvelle énergie de 13 TeV. Celle-ci est la plus élevée jamais atteinte jusqu’à ce jour dans un collisionneur de particules et  tous espèrent que ces conditions prometteuses permettront d’observer rapidement des événements de physique au-delà du modèle standard mais aussi de mieux comprendre le secteur du boson de Higgs.

 

Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (LPSC, CNRS/Université de Grenoble)
Les physiciens du LPSC qui participent aux expériences ATLAS et ALICE sont prêts à analyser ces nouvelles collisions. Ils étudieront un état particulier de la matière qui existait dans les tous premiers instants de l'univers et rechercheront de nouvelles particules ou interactions fondamentales qui pourraient être découvertes grâce à l'énergie record de ces collisions. Ils sont impatients de découvrir ce que cette nouvelle moisson de données leur réserve.

 

Subatech (CNRS/Ecole des mines de Nantes/Université de Nantes)

Les chercheurs de Subatech contribuent à l'expérience ALICE depuis plusieurs années et ont été fortement impliqués dans la construction du spectromètre à muons et du calorimètre électromagnétique ainsi que dans l'analyse des données collectées avec ces deux détecteurs. Pendant l'arrêt du LHC, le laboratoire a activement participé à la maintenance du trajectomètre à muons ainsi qu'à l'installation du nouveau calorimètre DCAL.

Les nouvelles données vont permettre d'obtenir une meilleure précision sur les mesures déjà effectuées lors du Run 1 du LHC, ceci grâce à une énergie plus élevée. Enfin, l'ajout d'un nouveau calorimètre va améliorer et permettre de nouvelles mesures de modification des jets dans un milieu dense tel le plasma de quarks et de gluons.

 

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