masterclass_lhc_detecteur

Qu’est-ce qu’un accélérateur de
particules ?
Objectif
• But: provoquer des collisions de particules
(électrons, protons, …)
• Durant cette collision, l'énergie cinétique
des particules est convertie en matière
Création de nouvelles particules
 explorer les forces et les particules
fondamentales de la nature
Avant de les accélérer il faut les produire !
• Exemple: électrons
• Un filament chauffé
émet des électrons
• Si un champ électrique
est appliqué on peut
arracher ces électrons
Accélération: champ fixe
• Une particule placée
dans un champ
électrique est accélérée
• Accélération limitée: ne
convient pas au
accélérateurs
modernes
Accélération: champ alternatif
• Cavités
accélératrices
• Les particules
peuvent être
accélérées à des
énergies beaucoup
plus grande
Cavités accélératrices
• Ce système marche aussi
pour accélérer des protons
Synchrotron: accélérateurs circulaires
• Accélérateur
circulaire: il est
possible de réutiliser
plusieurs fois une
cavité accélératrice
• C’est le cas de la
plupart des
accélérateurs
modernes
Mais pas si simple…
• Les particules accélérées
perdent de l’énergie lors
de leur rotation:
• Solutions ?
• Augmenter la masse (m) des particules
accélérées: protons au lieu d’électrons
• Augmenter le rayon (R) de l’accélérateur
Contrôle de la trajectoire
• Des aimants permettent
de courber la trajectoire
des particules
• Il faut aussi contrôler la
taille du faisceau de
particules: focalisation à
l’aide de quadrupoles
Le LHC: Large Hadron Collider
Le LHC
Le LHC en chiffres
• La plus grande machine du monde: 27km de
circonférence, 9300 aimants, 10 000 t d’azote
liquide, 120 t d’He
• Température: -271° C, plus froid que l’espace
intersidéral !
• Vide extrêmement poussé: 1/10 de la pression
sur la lune
Le faisceau du LHC
• 2800 paquets contenant chacun 100 milliards de protons
• Energie totale d’un faisceau ≈ 350 Méga Joules
= 1 TGV à 150 km/h !
• Point de collision de la taille d’un diamètre de cheveux
Un accélérateur c’est bien beau, ça fait collisionner
des particules MAIS cela ne suffit pas
Il faut un détecteur, pour regarder
ce que cela donne
Atlas
LHCb
17
CMS
Alice
Contraintes pour le détecteur
La mesure de l’énergie des particules se fait dans des milieux très
denses et instrumentés : les calorimètres. Les particules y
déposent toute leur énergie sauf les muons et les neutrinos.
Ils sont construits comme un sandwich d’absorbeurs (milieu
dense) et de volumes sensibles.
Les muons sont des particules chargées, on les voit dans le
détecteur de traces, mais ils ne s’arrêtent pas dans les
calorimètres.
Les chambres à muons sont placées « après tout le reste » il y a
donc une grande quantité de matière en amont. Les particules
autres que les muons (et les neutrinos) ne les atteignent pas.