Structure et fonction du détecteur ATLAS

Ici vous allez apprendre la structure du détecteur ATLAS et comment les particules interagissent avec ses différents éléments. Vous pouvez étudier ce sujet à l’aide de vidéos ou de textes.



Les produits des collisions proton-proton sont détectés par le détecteur ATLAS (cet acronyme signifie «A Toroidal LHC ApparatuS», en français «un Appareillage Toroïdal pour le LHC»). Au centre d’ATLAS, deux paquets de particules (contenant chacun 100 milliards de protons) entrent en collision après avoir été accélérés dans des directions opposées par le LHC. Ainsi, il n’est pas possible de savoir quels protons vont s’entrechoquer ni même quelles parties de ces protons vont entrer en collision. A chaque croisement de paquets, des diffusions (déviations de protons) ou des collisions peuvent se produire. Dans ce dernier cas, de nouvelles particules se forment. Les données enregistrées permettent aux physiciens de supposer quels processus physiques ont eu lieu pendant les collisions. Pour y parvenir, ils ont dû comprendre leur détecteur dans ses moindres détails. Faisons de même maintenant.

ATLAS en vidéo



ATLAS par le texte et l’image
Dans la galerie de photos qui suit vous trouverez une description rapide de la structure du détecteur et des fonctions de ses différentes parties.

  • ATLAS est un détecteur multi-fonctions. Il est utilisé au Grand Collisionneur de Hadrons (le «Large Hadron Collider», LHC) pour chercher de nouveaux indices sur la formation de l’Univers et sur sa composition. A l’aide du détecteur ATLAS, les physiciens veulent détecter les particules formées lors des collisions proton-proton et déterminer leurs propriétés, par exemple leur quantité de mouvement (ou impulsion), leur charge électrique et leur énergie. Pour atteindre ces objectifs, un détecteur d’une taille à couper le souffle a été construit : 44 mètres de long pour 25 de diamètre. Il est composé de différents éléments qui ont chacun une fonction spécifique et qui sont arrangés en «pelure d’oignon» autour du tube à vide dans lequel circulent les protons.
  • Les trajectographes détectent les particules chargées électriquement. Ils mesurent leurs positions à différents instants. Comme ces instruments sont plongés dans un champ magnétique homogène, les particules chargées sont déviées. Leur trajectoire donne accés à leur impulsion et à leur charge électrique. Les particules produites lors de la collision interagissent très peu avec les matériaux des trajectographes. Ainsi, elles y déposent seulement une faible quantité d’énergie.
  • Dans le calorimètre électromagnétique (basé, pour la partie tonneau, sur la technologie de l’argon liquide LAr), les particules et les antiparticules sensibles à l’interaction électromagnétique sont détectées, en particulier les électrons et les photons. L’ensemble de l’énergie d’une particule traversant le calorimètre électromagnétique est absorbé et transformé en signal électronique. L’amplitude de ce signal donne une mesure de l’énergie de la particule.
  • Dans le calorimètre hadronique (à tuiles pour la partie tonneau) sont détectées les particules sensibles à l’interaction forte et constituées de quarks et d’antiquarks – on les appelle les hadrons –, par exemple les protons ou les neutrons. La méthode de détection est similaire à celle utilisée pour le calorimètre électromagnétique. Mais des matériaux plus denses sont utilisés dans le calorimètre hadronique afin d’absorber suffisamment d’énergie.
  • Les muons déposent seulement une faible fraction de leur énergie dans les calorimètres et ce sont les seules particules (avec les "invisibles" neutrinos) qui traversent toutes les couches du détecteur ATLAS. C’est pourquoi des chambres à muons sont installées dans la partie la plus externe d’ATLAS pour identifier ces muons. Elles sont plongées dans un champ magnétique supplémentaire afin de mesurer leur impulsion plus précisément que dans les trajectographes. Ce champ magnétique est produit par d’énormes aimants toroïdes (d’où le «T» de «ATLAS»). Les chambres à muons sont faites de milliers de longs tubes remplis de gaz et contenant chacun un fil au centre. Par ionisation, les muons incidents libèrent des porteurs de charge électrique dans le gaz. Ceux-ci dérivent vers les parois des tubes ou vers le fil central à cause de la grande différence de potentiel entre le tube et le fil, créant ainsi un signal lisible électroniquement.