Schéma de l'appareillage utilisé par un
groupe Aarhus / CERN / Strasbourg dans
une étude de la distribution angulaire du
rayonnement de canalisation,
intersections du CERN, mais au
collisionneur les exposants sont plus
élevés de 2,5 unités: le spectre de
diffusion élastique se resserre.
La section efficace totale proton-
antiproton (qui donne une mesure de
la «taille» effective des particules en
collision) atteint 62 mb à l'énergie du
collisionneur, soit 540 GeV. Si on la
compare aux valeurs obtenues à plus
basse énergie, on s'aperçoit que la
taille du proton croît presque aussi
vite que l'autorisent certains princi-
pes d'ordre général (limite de Frois-
sart).
Un résultat particulièrement cu-
rieux est le rapport des sections
effi-
caces élastique et totale
;
il augmente
d'environ 0,175 aux énergies des
ISR à 0,215 au collisionneur. Non
seulement le proton gonfle-t-il, mais
il devient également plus absor-
bant.
DÉTECTEURS
Nouveaux
semiconducteurs...
Dans l'implacable poursuite du
meil-
leur détecteur, de nouveaux maté-
riaux ainsi que de nouvelles techni-
ques sont sans cesse exploités.
Les semiconducteurs, tels que le
silicium,
sont sensibles aux particu-
les chargées, dont le passage y libère
plusieurs fois plus d'électrons que
dans un gaz. Les détecteurs à rubans
de silicium ou de germanium ont été
mis au point il y a une vingtaine d'an-
nées et fréquemment exploités par
les spectroscopistes nucléaires,
mais ce
n'est
que récemment que les
physiciens des particules ont large-
ment adopté cette technique. Main-
tenant on développe pour de nom-
breuses expériences nouvelles de
La surveillance du rayonnement de
canalisation se faisait à l'aide d'une matrice
de détecteurs semi-conducteurs en tellurure
de cadmium.
Courrier CERN, octobre 1984 337
20 GeV ELECTRONS • PIONS
111
*^Tt BEAM e
200 INTERACTING Tl's I -
s • = s ?
CO •
C0UN1
100
• •
•
• •
0
•
0 0 5 10 15 20
DEPOSITED ENERGY [GeV]
grands détecteurs de localisation à
rubans de silicium.
En dépit des grands investisse-
ments industriels dans le silicium et
le germanium, ces semiconducteurs
ne sont pas les seuls disponibles et,
à travers le monde, des groupes de
chercheurs en étudient d'autres dans
une quête continuelle de meilleurs
matériaux de détection.
La liste des matériaux à l'étude est
à la fois longue et insolite. Le tellurure
de cadmium est une substance pro-
metteuse qui depuis plusieurs an-
nées fait
l'objet
d'investigations au
Centre de recherches nucléaires de
Strasbourg, originellement en vue de
son emploi en spectroscopie X et
gamma. Par rapport à d'autres semi-
conducteurs, il offre certains avanta-
ges et convient particulièrement bien
à la détection des photons grâce à
ses gros noyaux et à sa bonne réso-
lution en énergie. Il est également
susceptible d'être utilisé en petits
fragments, ce qui permet de cons-
truire des modules localisateurs.
Un dispositif prototype a été mis
au point pour une expérience du
groupe Aarhus / CERN / Strasbourg
étudiant la distribution angulaire du
rayonnement de canalisation émis
par les oscillations de faisceaux
d'électrons (ou de positons) lors de
leur guidage entre plans réticulaires
d'un monocristal (voir numéro de dé-
cembre 1982, page 414).
Un large spectre d'énergies des
photons est émis, mais il est possi-
ble de sélectionner une bande étroite
d'énergies par une collimation
soi-
gneuse, ce qui fournit un faisceau de
photons presque monoénergétique,
ajustable, pouvant atteindre 100
MeV. Un tel faisceau, contenant un
photon par électron (positon)
inci-
dent,serait très utile dans des expé-
riences de physique nucléaire.
Dans l'expérience du CERN, une
matrice de six sur seize détecteurs au
tellurure de cadmium (chacun mesu-
rant 0,8 x 0,8 x 1 mm) a été utilisée
pour repérer la direction des photons
de canalisation et mesurer leur éner-
gie.
Une nouvelle matrice de semi-
conducteurs épais de 3 mm a été
fabriquée pour améliorer l'efficacité
de détection. Ces modules de telluru-
re de cadmium sont intéressants par
leur prix relativement bas et parce
qu'ils sont bien plus radiorésistants
que les délicates surfaces dopées au
silicium.
...et nouveaux
scintillateurs
De nouveaux matériaux sont égale-
ment à l'étude en tant que scintilla-
teurs pour une utilisation éventuelle
dans la détection des photons. La
manipulation de l'iodure de sodium
classique est délicate (nécessité de
confinement) et d'autres substan-
ces,
telles que le germanate de bis-
muth (BGO) qui maintenant fait son
apparition,
sont très coûteuses.
On s'est intéressé au fluorure de
baryum (voir numéro de mai, page
141) et récemment un petit essai a
été effectué par un groupe Erlangen /
MPI Munich pour évaluer l'iodure de
césium activé par du thallium, en vue
Spectre d'impulsion d'un faisceau mixte
électrons-pions de 20 GeV mesuré au CERN
dans un dispositif d'essai en iodure de
césium par un groupe Erlangen / MPI
Munich ; on voit la bonne séparation
électron/hadton. L'iodure de césium semble
être un matériau prometteur pour la
calorimétrie électromagnétique de haute
précision.
de son emploi en calorimétrie à haute
résolution.
Sa longueur de radiation
est de 1,86 cm contre 2,56 pour
l'io-
dure de sodium et 1,12 pour le BGO.
Le rendement lumineux de scintilla-
tion mesuré est très élevé: plus de
4x 107 photons par GeV. Les cris-
taux sont très robustes, facilement
usinables et ils ne requièrent qu'un
simple (mais suffisant) polissage à
l'eau.
Pour l'essai, des cristaux suffisam-
ment longs n'étaient pas disponibles
et quatre cristaux bruts, longs de
10 cm et de 10 cm de diamètre, ont
été usinés et polis pour en faire un
petit calorimètre long de 40 cm que
l'on a placé dans un faisceau d'essais
au SPS du CERN. Les barrettes de
photodiodes utilisées pour la lecture
ont été originellement mises au point
par le groupe du MPI de Munich pour
la lecture dans des champs magnéti-
ques des données de calorimètres en
BGO.
Le fort rendement lumineux et
la bonne adaptation spectrale rend la
méthode très attrayante pour l'iodu-
re de césium; elle permet l'étalonna-
338 Courrier CERN, octobre 1984
ge et la surveillance à
l'aide
de sour-
ces radioactives. Si l'on utilise une
source de cobalt-60 et un petit cristal
(10 x 10 x 25 mm), la résolution
observée au-dessus de 1 MeV est
supérieure à celle de l'iodure de so-
dium avec lecture par photomultipli-
cateur.
Le calorimètre a été exposé à un
faisceau d'électrons d'énergies va-
riant entre 1 et 20 GeV. Entre 4 et
20 GeV, une résolution constante
d'environ 1 % a été mesurée. A 1 et
2 GeV elle était respectivement de 4
et 2,5 %. Cependant le faisceau était
de mauvaise qualité à ces deux éner-
gies et les chiffres cités doivent être
considérés simplement comme des
limites supérieures. Avec un faisceau
mixte électron-hadron de 20 GeV, la
séparation électron-hadron dans ce
test élémentaire était très bonne.
Ce bref essai a prouvé que l'iodure
de césium (ICs) est un matériau très
prometteur pour la calorimétrie élec-
tromagnétique de haute résolution.
Une de ses limitations vient de la
constante d'atténuation assez
lon-
gue du signal, de
l'ordre
de 900 ns.
Sa radiorésistance est à peu près la
même que celle du Nal (Tl), mais des
études détaillées seront nécessai-
res;
en tout état de cause, elle est
inférieure à celle du BGO car
l'ICs
n'est
pas autocorrectif. Bien que
d'un coût moins élevé que le BGO, il
ne saurait le remplacer quand un dé-
tecteur de faible encombrement est
nécessaire, comme pour l'appareil
L3 au LEP du CERN: sa plus grande
longueur de radiation augmenterait
notablement le coût global. Entre-
temps, des essais se poursuivent
dans le but d'évaluer d'autres ma-
tériaux pour la calorimétrie à haute
résolution.
Source: E. Lorenz.
ASTROPHYSIQUE:
Le défi des neutrinos
solaires
A la suite du colloque Astrophysique
et interactions fondamentales qui
s'est tenu à Cargèse (Corse) en juillet
1983,
un groupe de réflexion et de
prospective sur la physique nucléai-
re,
la physique des particules et l'as-
trophysique s'est constitué. Un rap-
port remis à la direction générale du
CNRS présente les principaux thè-
mes concernant des domaines
fron-
tières de ces trois disciplines pour
lesquels une convergence d'intérêt a
été constatée en France et qui méri-
tent d'être encouragés et soutenus.
Parmi ceux-ci figure en bonne place
la détection des neutrinos solaires.
Le modèle standard du soleil pré-
voit qu'environ cent milliards de
neu-
trinos par centimètre carré par se-
conde arrivent continuellement sur
terre.
La mesure de ce flux et du
spectre en énergie des neutrinos so-
laires n'a été jusqu'à présent qu'ef-
fleurée: seule l'expérience menée
par R. Davis a détecté par des
moyens radioehimiques les neutri-
nos d'énergie supérieure au MeV
issus du bore. Son résultat est en
désaccord avec les modèles simples
du soleil qui prédisent trois fois plus
d'interactions. L'étude de la totalité
du spectre d'énergie s'impose donc.
Aussi bien les astrophysiciens que
les physiciens des particules élémen-
taires marquent un très vif intérêt
pour ces mesures car elles permet-
traient d'une part de mieux compren-
dre le fonctionnement du cœur du
soleil.
La tâGhe est difficile car ces neutri-
nos ont une très faible section effica-
ce et leur basse énergie (quelques
centaines de keV) rend critique le
choix de la cible (problème du seuil)
et sévère le problème de bruit de
fond lié à la radioactivité naturelle.
Une réunion internationale s'est
tenue le printemps dernier au Labora-
toire de physique corpusculaire du
Collège de France à Paris, pour faire
le point sur ces questions. Il a été
essentiellement débattu de la captu-
re des neutrinos solaires par l'in-
dium
:
la réaction nucléaire induite par
les neutrinos solaires est du type
bêta inverse et le seuil bas
(
128 keV)
de cette réaction permet un examen
complet du spectre des neutrinos et
la mesure directe de l'énergie du
neu-
trino solaire incident.
L'idée
d'utiliser l'indium comme ci-
ble pour les neutrinos solaires a été
suggérée pour la première fois en
1976 par R. S. Raghavan (Bell Labo-
ratories). R. S. Raghavan et M.
Deutsch (MIT) participaient à cette
réunion de Paris où ils ont présenté
leurs récents travaux sur les détec-
teurs composés d'indium.
La faisabilité d'une telle expérience
reste encore à prouver. Plusieurs
techniques sont étudiées: techni-
ques conventionnelles utilisant
scin-
tillateur liquide et chambres à fils à
cathode faite d'indium étudiées au
Département de physique des parti-
cules élémentaires de Saclay.
Des techniques plus récentes,
mettant en jeu des composés chimi-
ques de l'indium qui permettent une
dérive de l'ionisation, sont étudiées à
l'Ecole polytechnique et à Saclay. En-
fin,
des techniques utilisant les pro-
priétés supraconductrices de l'in-
dium sont à l'étude dans deux direc-
tions un peu différentes:
- Oxford (Norman Booth) et Bell
Laboratories préconisent l'utilisa-
tion de
l'effet
tunnel assisté par
phonons dans un monocristal
d'indium;
- des études de faisabilité d'un dé-
tecteur à grains supraconducteurs
métastables d'indium sont me-
nées à l'Université de Paris VII et
dans trois autres laboratoires
(LAPP d'Annecy, Collège de Fran-
ce et Centre de recherches nu-
cléaires de Strasbourg).
A cette liste, on doit ajouter des
projets de détection des courants
neutres induits par les neutrinos so-
laires dans un détecteur à granules
(Max Planck Institut, Munich).
La détection des neutrinos solaires
reste donc un défi expérimental pour
les astrophysiciens et pour les physi-
ciens des particules élémentaires.
L'élément nouveau apparu lors de
cette réunion est que de nombreux
physiciens désirent relever le
défi.
Source: M. Spiro et A. de Belief
on.
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