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Alignement du spectromètre à muons d'Atlas, mode d’emploi


​Le CEA-Irfu a mis en œuvre avec succès la méthodologie d'alignement du spectromètre à muons de l'expérience Atlas qu'il a élaborée et adaptée dans la perspective du LHC à haute luminosité, au Cern.
Publié le 5 mai 2021

La détection des muons – une variété massive d'électrons – produits au cours des collisions de protons au LHC est essentielle pour la recherche d'une « nouvelle » physique, via des particules massives aujourd'hui inconnues, qui se désintègreraient en muons.

Le spectromètre à muons de l'expérience Atlas est composé de 1200 « chambres » dont une partie va être prochainement remplacée dans le cadre de l'évolution du LHC vers la « haute luminosité ».

Le principe de détection repose sur la déviation des muons par le champ magnétique produit par des bobines supraconductrices. La trajectoire des muons est détectée en trois points dont le défaut d'alignement (mesuré par la « flèche » entre le milieu des points extrêmes et le point médian) permet de remonter à l'énergie des muons. Or la flèche d'un muon d'un téraélectronvolt atteint environ 500 µm, ce qui nécessite une précision de positionnement des chambres de 50 µm, à l'intérieur d'un espace cylindrique de 44 m de longueur et 24 m de diamètre…

Chargé de l'alignement de ce détecteur, l'Irfu a redéfini une méthodologie permettant de positionner les chambres avec la précision requise.

À cette fin, un réseau de lignes optiques permet de suivre en permanence les positions des chambres les unes par rapport aux autres, ainsi que leurs déformations, soit 5800 lignes pour la partie centrale du spectromètre. La dilatation thermique de chaque chambre est également surveillée grâce à des capteurs de températures.

Différentes procédures d'alignement ont été élaborées. L'une d'elles utilise un modèle du système optique validé par des mesures réalisées avant la mise en service du spectromètre. D'autres reposent sur des données prises avec des muons cosmiques ou des muons issus de collisions, avec ou sans champ magnétique. En combinant ces approches, les scientifiques ont obtenu une géométrie de référence et ont pu reconstruire quelque 56.000 paramètres pour la seule partie centrale du détecteur ! Ils ont en particulier pu atteindre une précision de 30 µm dans les grands secteurs centraux du détecteur, où l'objectif de performance est le plus strict.


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