1) Termes décrivant les détecteurs individuels ou - NPAC

v.4 16/09/2008
PETIT GLOSSAIRE
DU PHYSICIEN EXPERIMENTATEUR
EN PHYSIQUE DES PARTICULES, EN ASTRO-PARTICULES
ET EN PHYSIQUE NUCLEAIRE
Philippe Schune et Jean-Paul Tavernet (*)
Dans ce document seront explicités quelques mots et expressions fréquemment employés par les
personnes travaillant au plus près des détecteurs dans le domaine de la physique des particules, des astro-
particules et de la physique nucléaire.
Remarques :
i) Cette liste est certainement très incomplète et les expressions imparfaitement classées. Nous
espérons néanmoins qu’elle puisse vous être utile pour la consultation de documents dans le domaine des
détecteurs et lors de votre mini-stage en laboratoire.
ii) Vous constaterez qu’il y a de nombreux anglicismes c’est pourquoi, autant que possible, les
termes français et anglais sont indiqués (ce dernier en italique).
Remerciements (aux relecteurs) : J.Ernwein et H.Blumenfeld.
1) Termes décrivant les détecteurs individuels ou les assemblages de
détecteurs :
Partie centrale/vers l’avant d’un détecteur (Barrel / End-cap detector) : la partie centrale d’un détecteur
est traduite par barrel et les bouchons où parties vers l’avant par end-cap. La partie centrale d’un détecteur
couvre généralement l’angle allant de θ = 0 à 45° ou encore entre η=0 et η= 1.3-1.4. Voir à « pseudo
rapidité ».
Cascade électronique (electron cascade) : dans un détecteur à gaz, les électrons sont captés par l’anode. A
l’approche de celle-ci et si la géométrie le permet, le champ électrique accélère les électrons primaires qui
vont à leur tour ionisent le gaz et produisent ainsi une cascade d’électrons secondaires (amplifiant ainsi le
signal recueilli).
(*) [e-mail], CEA-Saclay, IRFU
[e-mail], IN2P3-LPNHE, Université Paris VI

Photomultiplicateur ou PM (Photomultiplier): capteur de lumière très sensible (en général au photo-
électron) et très rapide (temps de montée ~ ns). L’amplification du signal se fait, après la photocathode, par
une succession de dynodes placées à des potentiels croissant.
Dynode : chacune des anodes internes d’un PM et servant petit à petit à l’amplification du signal.
Post-impulsion (Back pulsing) : un PM dont le vide n’est pas parfait, contient des atomes dont les électrons
peuvent être excitées et ces électrons, en revenant sur leur couche de masse, créer des photons qui vont à
leur tour créer un nouveau signal (sur la photocathode) : donc un deuxième pulse, après le premier - celui
réellement intéressant-. Moins le vide sera parfait, plus le nombre de post-impulsions sera grand.
Retour de flux magnétique (return yoke) : les lignes de champ magnétique sont des lignes continues et
dans le cas d’un aimant solénoïdal, les lignes de champ externes à celui-ci sont parfois « canalisées » dans
des matériaux magnétiques –Fe–, donc à fort mu, entourant l’aimant. Cet arrangement permet de ne pas
perturber l’électronique d’autres détecteurs et est parfois équipé de détecteur à muon (qui seront disposés
entre ces plaques de Fe).
Fer instrumenté (instrumented iron) : Fer servant au retour du champ magnétique d’un aimant et équipé de
détecteur de particules. En général, le fer instrumenté est situé à la périphérie des détecteurs et sert de
spectromètre à muons.
« Apprentissage » d’un aimant supraconducteur par quench (magnet training) : dans le cas des aimants
supraconducteurs, lors de leur fonctionnement, ceux-ci sont soumis à des forces électromagnétiques
importantes (de l’ordre de la tonne/mètre). Au cours des premières montées en courant, l’aimant peut subir
de petites déformations sous l’action de ces forces, créant ainsi des échauffements locaux, faisant perdre la
supraconduction. On dit alors que l’aimant « quench ». Le courant est remis à zéro puis remonté, et peut en
général monter à des valeurs plus élevées : il subit ainsi un « apprentissage » (training).
Chambre à dérive (drift chamber): détecteur à gaz ou le passage d’une particule crée des électrons
d’ionisation qui seront détectées après dérive sur un fil d’anode et dont les paramètres d’utilisation sont tels
que le détecteur puisse détecter le point de passage des particules avec une précision de l’ordre de ~100
microns. Ainsi ce qui est mesuré est le temps de dérive des électrons d’ionisation vers la cathode a partir
d’un temps de référence fourni par exemple par un scintillateur externe. Ce temps de dérive est une fonction
de la position du passage de la particule incidente.
Calorimètre (calorimeter) : les calorimètres sont des détecteurs qui absorbent complètement les particules
incidentes et mesurent leur énergie. Ils sont constitués de matériaux lourds : par ex. Plomb pour les
calorimètres électromagnétiques (EM) qui mesurent les électrons et les photon ; par ex. Fer pour les
calorimètres hadroniques (Had). Les particules incidentes provoquent de multiples interactions dans ces
matériaux ; ces gerbes de particules dont l’importance est fonction de l’énergie incidente sont détectées par
le milieu sensible du calorimètre qui peut être de l’argon liquide ou du scintillateur. Certains calorimètres
(ex. CMS) utilisent un matériau lourd lui-même scintillant. Les caractéristiques principales d’un calorimètre
sont : l’acceptance, la résolution, la profondeur exprimée en longueur de radiation (EM) ou longueur
d’interaction (Had). L’utilisation de calorimètres est la seule façon réaliste de mesurer l’énergie des
particules neutres de haute énergie (photons, neutrons).
A noter, qu’au niveau du sol, l’épaisseur d’atmosphère est de ~23X0 (ce qui est mis à profit par les
expériences au sol cherchant à détecter des rayons cosmiques).
Détecteur de pied de gerbe (preshower) : élément de calorimétrie placé devant le calorimètre lui-même.
Ce détecteur possède une segmentation fine et sert à identifier les électrons.

Trajectographe (Tracker) : détecteur(s) de traces chargées. Celui-ci doit comporter peu de matière ; on dit
qu’il doit être le plus « transparent » possible (de l’ordre de 1.X0 ou moins) afin de minimiser les
interactions secondaires et ne pas perturber les mesures faites en fin de trace.
Détecteur à rayonnement de transition ou TRD (Transition Radiation Detector) : détecteur basé sur le
rayonnement de transition. Ce type de détecteur est en général composé d’une succession de feuilles
plastique (dans l’air) ainsi que de détecteur permettant d’identifier les X-mous parfois produits (par dE/dx).
Détecteur interne ou ID (Inner Detector) : Dans un détecteur auprès d’un collisionneur, le détecteur
interne correspond à toute la partie avant le calorimètre électromagnétique. Il s’agit d’un ensemble de
détecteurs de traces qui mesurent l’impulsion des particules chargées.
Déclenchement ou système de déclenchement (trigger) : appareillage électronique et informatique qui
traite les signaux des détecteurs en temps réel pour sélectionner le plus rapidement possible les événements
qui méritent d’être enregistrés afin d’être analysés ultérieurement par des programmes d’analyse off-line.
Energie transverse, impulsion transverse (Et, pt) (transverse energy, transverse momentum) : par raison
de symétrie des faisceaux initiaux, lors d’une collision de particules, l’énergie et l’impulsion transverse sont
conservées. On a donc après la collision et après la création de nouvelles particules une conservation de
l’énergie transverse et de l’impulsion transverse qui sont donc nulles dans l’état final. Une énergie
transverse totale non nulle dans l’état final est, en général, une signature de création de neutrino(s).
Temps mort, en unité de temps ou plus fréquemment en % (dead time) : temps pendant lequel un détecteur
est inefficace. L’origine de cette inefficacité est variable et peut dépendre de l’électronique associée à ce
détecteur ou au temps de réponse intrinsèque du détecteur lui-même.
Efficacité de détection, en % (detection efficiency) : rapport entre le nombre d’événements traversant le
détecteur et le nombre d’événements détectés (parfois, l’efficacité peut dépendre de la résolution du
détecteur considéré : ainsi pour une mesure donnée, plus on demande à avoir une bonne résolution sur cette
mesure, plus l’efficacité sur cette mesure va être faible).
Punchthrough (ou « fuite de gerbe », mais cette traduction est imparfaite...) : dans un calorimètre EM ou
Had, un certain nombre de particules peuvent s’échapper vers l’arrière du détecteur lors du processus de
gerbe. Ces particules sont appelées punchthrough. Les muons issus de désintégration de particules de basse
énergie de la gerbe sont la principale source de particules punchthrough.
Energie manquante (missing energy) : un neutrino interagit très faiblement avec la matière ; lorsqu’un
neutrino produit dans un détecteur possède une énergie significative, cette énergie « manquante » est
indétectable. Auprès d’un collisionneur, on peut néanmoins la déterminer par différence entre l’énergie
totale disponible (énergie du centre masse dans la collision de deux protons d’un collisionneur) et la somme
de l’énergie de toutes les particules détectées de l’événement.
Energie disponible dans le centre de masse (center of mass energy) : c’est l’énergie utile qui sera
utilisable dans la réaction que l’on étudie. Auprès d’un accélérateur hadronique (comme le LHC) une
fraction seulement de l’impulsion des protons interagissant sera utile à la production de nouvelles
particules. Il s’agit de la fraction d’énergie portée par chacun des constituants du proton qui vont interagir
entre eux (quarks et/ou gluons).
Fer doux (mu metal) : alliage à base de Fe ayant un µ très élevé (plusieurs milliers de µ0). Cet alliage est
utilisé afin de blinder les PM du champ magnétique terrestre.
Chambre à multi-fils (MWPC ou Multi Wire Proportional Counter) : chambre multi-fils aussi appelée
« chambre Charpak ». Elles sont en général constituées d’un plan de fils d’anode (ou l’on recueille le

signal) entouré d’un plan de cathode. La résolution sur la position de passage des traces est inférieure au
mm.
Compteur Geiger-Müller (Geiger-Müller counter) : détecteur gazeux travaillant à une très haute tension,
dans lequel le signal induit par le passage d’une particule chargée va créer une avalanche primaire, elle-
même créant par réaction en chaine, de multiple « avalanches » tout le long du fil d’anode de ce compteur.
Fenêtre en quartz (quartz window) : fenêtre en quartz1 permettant le passage des photons dans le domaine
de l’UV. Ce matériau est bien adapté aux longueurs d’onde de la lumière émise par les scintillateurs.
Photocathode (photocathod) : désigne la fenêtre d’entrée de la lumière dans un photomultiplicateur. Le
matériau est donc photoémissif (un électron va être arraché par le photon incident). Matériau fréquemment
employé pour cette fenêtre : alcalin (composant de la 1ère colonne du tableau périodique des éléments) en
association ou multi-alcalin (ex. Na-K-Sb-Cs).
Translateur de longueur d’onde (Wave Length Shifter ou WLS) : se dit d’un scintillateur liquide ou solide
contenant un composant organique qui absorbe la lumière émise par le scintillateur et la réémet à une
longueur d’onde plus élevée et mieux adaptée aux fenêtres d’entrée des détecteurs optiques. Les WLS sont
souvent utilisés sous formes de fibres optiques pour diriger la lumière vers les détecteurs.
Chambre à projection temporelle (Time Projective Chamber ou TPC) : détecteur gazeux permettant en
général de reconstruire une traces chargées spatialement grâce, d’une part à la mesure du signal de dE/dx
par association de fils d’anode et de strips de cathode, et d’autre part par une mesure temporelle des
signaux.
Mode Geïger-Müller (Geïger-Müller mode): mode de fonctionnement d’un détecteur gazeux ou tout un
canal de détection « flash » au passage d’une particule chargée. L’étincelle, ou flash, ainsi créée a une
durée de l’ordre de la milliseconde dans le détecteur (rendant celui-ci inactif pendant ce temps).
Mode streamer (streamer mode) : mode de fonctionnement d’un détecteur gazeux ou la cascade
électronique créée au passage d’une particule chargée va être multiple.
Mode proportionnel (proportional mode) : mode de fonctionnement d’un détecteur gazeux ou la quantité
de charge électrique recueillie va être proportionnelle au dépôt d’énergie de la particule incidente.
Pseudo-Rapidité (η) (pseudo rapidity/ η) : unité angulaire utilisée auprès des accélérateurs hadroniques.
Elle s’exprime en fonction de l’angle θ par rapport au faisceau de particules incidentes : η= -ln[tan(θ/2)].
Relation r-t (r-t relation) : dans une chambre ou des tubes à dérive on mesure le temps que mettent les
électrons d’ionisation pour atteindre la cathode. Ce temps est relié par la « relation r-t » à la position de la
particule incidente dans le détecteur. Les paramètres qui interviennent sont : la nature du gaz, le champ
électrique, la pression, la température …
Granularité / segmentation (granularity) : taille (planaire) d’un détecteur. La granularité est à ajuster en
fonction des bruits de fond attendus, de la présence d’autres événements pouvant être spatialement et/ou
temporellement proches, etc…
Jet (jet) : un jet de particules est un ensemble de particules hadroniques issues du « rhabillage » des quarks
ou gluons produits au point d’interaction.
Photodiode (photodiode) : diode sensible à la lumière et fournissant un signal électrique quand on l’éclaire.
1 Le terme plus approprié pour quartz est plutôt le dioxyde de silicium (SiO2).

Angle de Lorentz (Lorentz angle) : en présence d’un champ magnétique perpendiculaire à l’axe de dérive
des électrons d’ionisation dans un gaz, ceux-ci sont déviés et spiralent jusqu'à l’anode. Par conséquent leur
temps de parcours est rallongé. Il faut donc corriger cet effet grâce à la connaissance du champ magnétique
local. Dans un gaz, ce phénomène est d’autant plus important que la vitesse de dérive des électrons est
« grande ».
Anode (anode) : électrode recevant le signal provenant des électrons.
Cathode (cathode) : deuxième électrode du système de détection.
Espace (gap), pas (pitch): respectivement distance entre deux électrodes, détecteurs, capteurs, etc. et pas
entre deux pistes d’un détecteur.
Pistes, en cm, microns, etc… (strip) : piste d’un détecteur très longue par rapport à la largeur, comme une
bandelette.
Pixel en cm2, µm2, etc… (pad ou pixel) : élément de détecteur de forme approximativement carré.
Passages étanches (Feedthrough) : ouverture(s) permettant le passage de câbles dans une enceinte à vide
ou un cryostat. La difficulté technique réside dans le fait de garder l’étanchéité du détecteur malgré ces
ouvertures. Ces passages sont indispensables pour l’extraction des signaux et pour l’alimentation du
détecteur.
Scintillateur (scintillator) : détecteur dans lequel les particules chargées interagissent et produisent un
signal lumineux. En général le scintillateur est couplé à un photo-multiplicateur (PM) ou un autre photo-
détecteur. Il existe plusieurs familles de scintillateurs, dont les scintillateurs organiques à base d’atomes de
C et de H.
Bolomètre (bolometer) : type de détecteur qui va, lorsqu’une particule dépose de l’énergie, voir sa
température interne augmenter. Afin d’avoir un signal facilement mesurable, ces détecteurs fonctionnent le
plus souvent à très basse température (quelques Kelvin ou en dessous).