HGCFC

HGCFC : Calorimétrie à haute granularité pour les futures expériences de collision en physique des hautes énergies

 

CONTEXTE SCIENTIFIQUE :

Après la découverte, en 2012, du boson de Higgs, les physiciens pensent que d'autres particules pourraient exister. Celles-ci permettraient de répondre à certaines questions essentielles comme par exemple « de quoi est composée la matière noire ? » De nombreuses expériences ont déjà eu lieu au sein du LHC, le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules, en étudiant des phénomènes généraux comme des paires de quarks et de leptons à haute énergie, ou des sources inexpliquées d'énergie manquante. Le projet de Grand collisionneur de hadrons à haute luminosité (HL-LHC) vise à pousser les performances du LHC à leur maximum pour augmenter le potentiel de découvertes après 2027. L’objectif est d’accroître la luminosité d’un facteur 10 par rapport à sa valeur nominale, posant de nombreux challenges en ce qui concerne la tolérance à des radiations extrêmes et à un empilement de nombreux événements de collision simultanés, en particulier dans la région proche du faisceau, notamment pour la calorimétrie.

 

LE PROJET :

L’objectif de ce projet est de développer un nouveau concept de "calorimétrie haute granularité ou 5D", permettant d'obtenir des mesures très détaillées de position, d'énergie et de temps des particules générées dans les collisions et de reconstruire leurs développement temporel et spatial. Pour cela, toute l’expertise des acteurs de P2IO dans les techniques de « flux de particules » (PFlow) et de calorimétrie Haute Granularité a été mise en œuvre.

Ainsi, les groupes LAL+LLR SiWLC ont construit et validé dans des faisceaux d'essai un premier prototype complet d'ECAL répondant aux exigences d'une future expérience de collision e +e. Les groupes LLR, SPP et SEDI HGCAL ont effectués des travaux de R&D essentiels sur la mécanique, le déclenchement et la synchronisation de la calorimétrie avant qui sera déployée au LHC à haute luminosité. Enfin, le groupe LAL HGTD a réalisé des travaux de R&D essentiels sur les capacités de synchronisation d'un détecteur avant proposé pour le HL-LHC.

 

LES RÉALISATIONS :

  • High Granularity Timing Detector (HGTD):

Ajout d’une couche « Haute Granularité » pour la mesure en temps à grande rapidité adopté par ATLAS (rejet des pile-ups, diffusion VV).

 

  • HGCAL pour la haute luminosité au LHC (HL-LHC) :

Design d’un calorimètre haute granularité « 5D » pour l’expérience CMS à HL-LHC. La calorimétrie haute granularité développé au sein de P2IO a été choisi par CMS pour HL-LHC.

Installation du ECAL de CMS
  • HGCROC : Caractérisation et Performances :

Mise en place de bancs de tests similaires pour HGCAL & SiWLC (Caractérisation des puces « HGCROC », retours et interactions avec les concepteurs (OMEGA) pour améliorations, validation des performances pour les tests en faisceaux, validation de la branche « trigger » embarquée sur la puce HGROC).

 

Validation complète d’un design de calorimètre haute granularité pour les « International Large Detector » (futurs collisionneurs e +e -). Le calorimètre haute granularité développé au sein de P2IO avec CALICE a été choisi comme référence pour ILD.

 

IMPACTS :

Grâce au soutien de P2IO pour la R&D, les laboratoires du LabEx ont eu un impact décisif pour les projets d’upgrade de CMS (HGCAL) et ATLAS (HGTD), ainsi que pour le projet SiWLC/CALICE de l’ILD :

  • Une plus grande visibilité internationale
  • De nouvelles synergies (banc de tests communs, blocs similaires sur la puce, optimisation pour le timing, test beams)
  • Des post-doctorats avec une grande reconnaissance (Post-doc CEA : poste permanent, Post-doc LLR : « CMS achievement Award », Post-doc LAL : rôle essentiel/vital pour ILC)

Un financement TGIR a été obtenu et prendra le relais pour les activités « core » au HL-LHC


HGCAL-Trigger (J.B. Sauvan) a pu disposer d’un financement ANR dès 2019


Tous les futurs collisionneurs (e+e- ou pp) incluent des détecteurs avec calorimètres de haute granularité (“5D”)


Les laboratoires LAL et LLR à l’IN2P3 ainsi que SPP/SEDI à l’IRFU (+ LPNHE Paris) disposent désormais d’une expertise unique au niveau mondial qui sera déterminante pour les grands calorimètres haute granularité (5D) de la prochaine génération

 

#220 - Mise à jour : 15/04/2021

 

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