18/02/2013 - Lumière verte à CALIFA, détecteur conçu en Espagne pour FAIR

Menéame

Le comité d’experts FAIR, une des installations européennes de référence en matière de recherche en physique nucléaire, a approuvé la conception de CALIFA, donnant ainsi le feu vert à sa construction. CALIFA est un des détecteurs de l’expérience R³B, qui étudiera la structure des noyaux atomiques "exotiques " et a été conçu par une équipe internationale composée de scientifiques de 13 centres de recherche en Allemagne, Espagne, Suède, Portugal et Russie. Le projet est dirigé par l’Université de Santiago de Compostelle (USC), et l’Institut de structure de la matière y participe largement (IEM- CSCIC) et la Université de Vigo.

L’expérience R³B étudiera la structure et la dynamique des noyaux atomiques très éloignés de la stabilité. Ces noyaux, appelés 'exotiques' par les scientifiques, ils ont une composition très inégale dans le nombre de protons et de neutrons qui les constituent, ce qui les rend instables et donc de courte durée. Le système d’accélérateurs de FAIR vous permettra de rendre très intenses les noyaux stables s’accélèrent vers des énergies 'relatifistes', c’est-à-dire des vitesses proches de celles de la lumière, produisant ces noyaux exotiques.

Les noyaux exotiques arriveront à l’expérience R³B pour frapper une cible et étudier ainsi les produits de sa désintégration. Ces études permettront de mieux comprendre les noyaux atomiques, les premières structures complexes de matière liées par la interaction forte (l’une des quatre forces fondamentales de la nature), ainsi que de reproduire et d’étudier en laboratoire les réactions qui ont lieu dans les étoiles et qui expliquent l’origine des éléments chimiques dans l’Univers et les processus d’évolution stellaire.

Grand et polyvalent

CALIFA est un détecteur qui se situe autour de la cible de R³B où les réactions se produisent et permet de déterminer l’énergie des particules produites dans ces réactions. "Ce qui fait de CALIFA un détecteur novateur en physique nucléaire, c’est la gamme étendue d’énergies dans laquelle il travaille et sa polyvalence, car il agit non seulement comme un calorimètre, mais aussi comme un spectromètre," souligne la responsable du projet, Dolores Cortina, de l’Université de Santiago de Compostelle.

CALIFA est capable de mesurer rayonnement gamma énergie allant de 100 kiloélectronvolts (keV) à des particules légères chargées de centaines de mégaélectronvolts (MeV). Pour couvrir cette étendue de gamme d’énergies, les chercheurs espagnols ont conçu un instrument très segmenté constitué d’environ 3 000 cellules de détection. Les parties sont intégrées dans une structure en fibre de carbone de 250 microns seulement.

La conception de la structure mécanique relève de la responsabilité des scientifiques de l’Université de Vigo et a été réalisée en collaboration avec l’USC et l’IEM. "Avec tout cela, nous pouvons réduire au minimum la "matière morte" dans le détecteur, en combinant une bonne résolution énergétique et en maintenant l’efficacité de détection," explique Cortina. La principale contribution de l’USC à CALIFA est la conception des cellules de détection, formées de cristaux d’iodure de foin, attachées à des photosenseurs de grande surface.

L’électronique, conçue spécifiquement pour le détecteur, a été développée par des scientifiques allemands avec la participation espagnole. Les techniques utilisées pour la conception, la construction, l’analyse et le traitement des signaux recueillis par CALIFA s’appliquent à la image médicale, tant au niveau des systèmes de détection que des techniques de reconstruction par logiciel.

D’abord à la première FAIR

Pour Cortina, l’approbation de la conception de CALIFA "suppose la validation d’un travail que nous avons réalisé au cours des six dernières années." En outre, il marque le début de la phase de construction de la partie lointaine à la cible où les faisceau frappent, qui est celle qui a été approuvée. Parallèlement, les chercheurs espagnols doivent compléter la conception de l’avant du détecteur. En 2018 le détecteur complet doit être terminé, puisque R³B sera le premier à "renforcer" les FAIR.

Le coût final de CALIFA est estimé à 5 millions d’euros. Les scientifiques espagnols ont proposé de contribuer à la construction de 30% au maximum des modules de détection ainsi que la structure mécanique, notamment sa partie interne réalisée en fibre de carbone qui soutient les cristaux cencelleurs.

FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) est un consortium international où travaillent quelque 3 000 scientifiques de 40 pays qui se construisent près du laboratoire. GSI à Darmstadt (Allemagne). Il comptera quatre accélérateurs (un linéaire et trois synchrotrons) qui pourront accélérer des faisceau d’ions stables et exotiques et antiprotons avec des intensités sans précédent et à grandes énergies, jusqu'à 30 gigaelectronvolts (GEV) par unité de masse du noyau atomique.

FAIR est l’une des infrastructures scientifiques prioritaires pour la Commission européenne figurant sur sa liste ESFRI. Son coût s’élève à 1.186 millions d’euros, financés à 75% par le gouvernement allemand et à 25% par les pays participants. Environ 200 scientifiques de dix universités espagnoles (Autónoma et Complutense de Madrid, Grenade, Huelva, Polytechnico de Cataluña, Salamanque, Santiago de Compostelle, Séville, Valence et Vigo); et deux instituts du CSIC, Institut de physique corpuscular (IFIC) et Institut de structure de la matière (IEM) travaillent activement au projet. La participation espagnole est soutenu par le Centre national de physique des particules, astroparticules et nucléaires (CPAN), projet Consolider-Ingénio 2010.

Image: Calife (Source CPAN)

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