Structure et rôle du détecteur ATLAS
Dans cette partie, vous allez découvrir la structure du détecteur ATLAS et apprendre comment les particules produites dans les collisions entre protons interagissent avec ses différents composants afin d’être détectées. Vous pouvez décider de le faire soit via des vidéos, soit via des textes à lire.
ATLAS ("A Toroidal LHC ApparatuS", soit en français : un instrument toroïdal pour le LHC), est nommé ainsi en raison des gigantesques aimants en forme de tore (toroïdes) qui entourent le détecteur. 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 dans le LHC. Dans la collision frontale entre deux protons, il y a production de nouvelles particules. A partir des données enregistrées (les "événements"), les physiciens sont capables de dire quels processus physiques se sont déroulés lors de la collision. Mais il ne peuvent le faire que s’ils ont une bonne compréhension du détecteur et de son fonctionnement. Nous allons donc nous y intéresser dès maintenant.
ATLAS en vidéo
ATLAS en image et texte
Dans la galerie de photos suivante, vous trouverez une courte description de la structure et la fonction de chaque partie du détecteur.
-
Le détecteur ATLAS a été conçu pour être sensible à une gamme de phénomènes très vastes. Il est utilisé au grand collisionneur de hadrons (LHC pour Large Hadron Collider en anglais) pour fournir de nouvelles pistes sur la formation et la composition de l’univers. Avec l’aide du détecteur ATLAS, les physiciens veulent détecter les particules produites lors des collisions proton-proton et déterminer leurs caractéristiques, comme par exemple leur quantité de mouvement, leur charge électrique ou leur énergie. Pour cela, le détecteur construit a des dimensions à vous couper le souffle : 44 mètres de long pour 25 mètres de diamètre. Il est composé de plusieurs appareillages distincts qui ont chacun un rôle spécifique. Ces éléments sont disposés en couches successives (à la manière d’un oignon) autour du tube à vide dans lequel circulent les protons.
-
Les trajectographes détectent les particules chargées et mesurent leur position à différents instants. Comme ils sont placés dans un champ magnétique homogène, les particules chargées qui les traversent sont défléchies. Grâce à la courbure de leur trajectoire, on peut calculer leur quantité de mouvement et déterminer leur charge électrique. L’interaction entre les particules produites dans les collisions et les éléments des trajectographes étant très faible, les particules n’y perdent qu’une petite partie de leur énergie.
-
Dans le calorimètre électromagnétique (en anglais, LAr electromagnetic barrel, pour “tonneau” électromagnétique à argon liquide), on détecte les particules qui y interagissent de façon électromagnétique. Cela concerne principalement les électrons et les photons. Toute l’énergie d’une particule qui interagit dans le détecteur électromagnétique est absorbée et convertie en un signal électronique. L’amplitude du signal fournit une mesure de l’énergie de la particule.
-
Dans le calorimètre hadronique (en anglais « Tile barrel », ce qui signifie tonneau de tuiles), des particules composées de quarks et/ou d’antiquarks, -- appelées « hadrons » -- tels les neutrons et les protons, sont détectées grâce à l’interaction forte qu’elles ont avec le matériau constituant le détecteur.
-
Les muons déposent seulement une très faible part de leur énergie dans les calorimètres : ce sont les seules particules « visibles » qui passent au travers des différentes couches du détecteur ATLAS. Par conséquent, des chambres à muons ont été installées dans les couches externes d’ATLAS pour les identifier. Elles se trouvent dans un champ magnétique supplémentaire pour mesurer la quantité de mouvement des muons avec une précision meilleure que ne le font les trajectographes. Ce champ magnétique est produit par une gigantesque bobine toroïdale (d’où le « T » dans le nom « ATLAS »). Les chambres à muons sont faites de milliers de longs tubes remplis de gaz. Au centre de chaque tube se trouve un fil métallique. Les muons qui passent dans un de ces tubes y créent, par ionisation, des porteurs de charge libres dans le gaz. Ceux-ci se dirigent soit vers la paroi du tube, soit vers le fil métallique, sous l’effet d’une grande différence de potentiel électrique établie entre la paroi et le fil. Cela crée ainsi un signal électrique exploitable.
