30/01/2013 - Journées du Réseau Espagnol des Accélérateurs Linéaires

Menéame

Los Collisionneurs linéaires sont peut-être la prochaine génération d’accélérateurs Grand Collisionneur d’Hadron (LHC, Large Hadron Collider). Ces nouvelles machines permettront d’approfondir les études réalisées dans le LHC en mettant en lumière la connaissance de la matière et les forces qui y agissent.

Le 15 décembre, à Tokyo, les projets des mémoires de conception d’une des propositions pour ces machines, le "Colisionneur Linéaire International" (ILC, International Linear Collider) et leurs éventuels détecteurs. Cet accélérateur, d’un 31 km de long, produit, par seconde, 14 000 collisions d’électrons et de positrons à l’énergie 500 GeV. Pour étudier les produits de ces collisions, deux détecteurs ont été proposés: ILD (International Large Detector, Grand Détecteur international) et SiD (Silicon Detector, Détecteur de Silicio).

Un accélérateur alternatif est CLIC (Compact Linear Collider, Collisionneur Compact Lineal) qui pourrait potentiellement atteindre des énergies beaucoup plus grandes mais dont la technologie est moins développée. À plus long terme, CLIC pourrait devenir le successeur de l’ILC.

La communauté scientifique espagnole, et en particulier CIEMAT, participent activement à la conception de l’accélérateur et des détecteurs.

Dans le domaine des détecteurs, l’un des défis les plus importants est d’améliorer, dans un facteur deux, la résolution énergétique par rapport aux détecteurs actuels. Ces détecteurs utilisent les calorimètres, où l’énergie des particules est mesurée par leur interaction avec des blocs denses de matière où la particule est absorbée et où une partie de son énergie est transformée en un signal mesurable (charge électrique, lumière, ...) proportionnel à l’énergie incidente. Les particules, dans leur interaction avec l’environnement, produisent de nouvelles particules qui, à leur tour, interagiront de nouveau, et ainsi de suite, produisant à l’intérieur du calorimètre une cascade de particules dont la taille dépend du type et de l’énergie de la particule initiale. Dans les calorimètres de prélèvement, des couches de matériaux absorbants sont insérées, dans lesquelles les particules sont absorbées par une cascade de nouvelles particules, qui seront pour la plupart absorbées à l’intérieur du matériau, avec des couches du milieu de lecture dans lequel se produit le signal mesurable, couches dans lesquelles se trouvent les capteurs capables de la collecter. Ces technologies traditionnelles de calorimétrie ne permettent pas d’obtenir la résolution énergétique nécessaire, mais on a vu que celle-ci pourrait être réalisée par l’utilisation d’algorithmes de flux de particules, qui combinent l’information des calorimètres ha & électromagnétique avec le détecteur central de traces - situé dans la partie la plus interne de l’expérience - qui permet de détecter les trajectoires des particules qui le traversent et de mesurer leur temps. Pour cela, les calorimètres doivent fournir des informations précises non seulement sur l’énergie déposée par la particule, mais aussi sur sa trajectoire. Ces informations peuvent être obtenues par la position des capteurs qui collectent les signaux. Ces algorithmes sont déjà utilisés dans les expériences du LHC, mais pour obtenir les précisions nécessaires à l’ILC, il faut des calorimètres à très haute segmentation de lecture, tant transversale que longitudinale, afin de distinguer les signaux provenant de deux particules voisines. Cette segmentation peut signifier environ 100 millions de canaux de lecture, face aux dizaines de milliers de calorimètres actuels du LHC. Cela pose d’importants défis sur le plan électronique et mécanique, car les systèmes doivent être à leur tour très compacts car ils doivent être situés à l’intérieur d’un aimant. 

À la mi-décembre, à Valence, les IX Journées du Réseau Espagnol des Accélérateurs Linéaires; Journées qui avaient pour objectif la coordination et la mise en commun des activités que les groupes espagnols développent en accélérations et détecteurs pour un futur collisionneur linéaire.

Au cours de ces IX Journées, le CIEMAT a présenté les développements de R & D du prototype d’un calorimètre hayen à lecture semi-rigitaire (SDHCAL, Semi-Digital Hadronic Calorimeter) utilisant GRPC (Glass Resistive Plate Chambers) en tant que milieu actif et où chaque capteur effectue la lecture de 1x1 cm2. En plus de la haute segmentation, la nouveauté de ce calorimètre est que la lecture se fait de manière semi-midigitale en comptant combien et quels capteurs dépassent chaque seuil de signal au lieu de comptabiliser le signal total recueilli. Les résultats préliminaires obtenus lors des essais ont été présentés avec des faisceau de particules dans le CERN (European Organization for Nuclear Research, Laboratoire européen de physique des particules) d’un prototype SDHCAL, partiellement construit dans le CIEMAT, de 1m3 et près d’un demi-million de canaux de lecture.

Des chercheurs et des ingénieurs de l’UE participent à ces développements. Division de la physique expérimentale des hautes énergies du Département de la recherche fondamentale et du Groupe de l’électronique du Département de technologie, en coordination avec divers groupes de la collaboration internationale en matière de R-D CALICE dont le CIEMAT est membre depuis 2007. Cette collaboration est dédiée à la recherche et au développement de différents calorimètres fortement segmentés pour les futurs collisionneurs linéaires.

En outre, le groupe de la technologie des accélérateurs, dans le cadre de la Groupe du génie électrique, également du département Technologie du CIEMAT, a présenté l’état d’avancement de ses activités en ce qui concerne la mise au point de composants pour les futurs collisionneurs linéaires, y compris des équipements pour les deux accélérateurs mentionnés ILC et CLIC.

Dans le cadre des activités menées pour l’ILC, il est également prévu d’intégrer les activités en cours pour le laser à électrones libres européens (E-XFEL, European X-Ray Laser Project XFEL) basé sur un accélérateur linéaire qui est théoriquement similaire à celui proposé pour ILC. À cet égard, l’état des aimants combinés superconducteurs, des aimants déplacés de phase, des tables de positionnement et de l’électronique de contrôle a été commenté.

En ce qui concerne CLIC, le groupe a eu une activité remarquable dans la réalisation de certains composants et tout particulièrement dans le développement de ce que l’on appelle les PETS (Power extraction Transfer Structures, Structures de transfert d’extraction de puissance ) qui est clé pour le fonctionnement de la machine, basée sur un principe d’accélération novateur et complètement différent de celui de ILC.

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