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CMS (expérience)

L'expérience CMS (du nom du détecteur Compact Muon Solenoid, en français « solénoïde compact à muons ») est une des expériences de physique des particules du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN.

Le dĂ©tecteur CMS est situĂ© dans une caverne souterraine Ă  Cessy au point 5, en France, près de la frontière avec la Suisse. Il a Ă©tĂ© construit et est exploitĂ© par environ 2 600 personnes de presque 40 nationalitĂ©s, appartenant Ă  180 instituts scientifiques. Le dĂ©tecteur a une forme cylindrique de 21 mètres de long et 15 mètres de diamètre, et pèse 14 000 tonnes[1]. L'aimant solĂ©noĂŻde de CMS est un cylindre creux de m de diamètre et de 13 m gĂ©nĂ©rant un champ magnĂ©tique de 4 T[2] et pesant près de 2000 t.

Photo du CMS du LHC.

Contexte

Un autre détecteur, ATLAS, a été bâti en un autre point du LHC et étudie la même physique que CMS par des technologies de détection différentes. Les collaborations ATLAS et CMS sont à la fois dans une situation de compétition et de coopération pour les découvertes majeures et les mesures de précision.

Historiquement, ils prennent la succession des détecteurs CDF et D0 du Tevatron (un collisionneur proton-antiproton situé à Fermilab près de Chicago, qui a fonctionné de 1983 à 2011).

Objectifs

CMS est un détecteur généraliste, capable d'étudier tous les aspects des collisions de protons et d'ions lourds fournies par le collisionneur LHC.

Les buts majeurs de l'expérience sont :

Structure du détecteur

Panorama de la caverne du détecteur

Comme la plupart des détecteurs de physique des particules, CMS est formé de différents sous-systèmes destinés à mesurer le type de particules, la position, l'énergie et la quantité de mouvement des photons, électrons, muons et autre phénomènes (jets de hadrons) produits lors des collisions.

Il est formé de plusieurs couches, avec, du centre vers l'extérieur :

  • un trajectomètre entièrement en silicium ;
  • un calorimètre Ă©lectromagnĂ©tique ou ECAL, formĂ© d'environ 80 000 cristaux scintillants de tungstate de plomb (PbWO4)
  • un calorimètre hadronique ou HCAL, composĂ© de couches intercalĂ©es de matĂ©riau dense (laiton) et de scintillateurs plastique ou de fibres de quartz ;
  • un aimant solĂ©noĂŻde supraconducteur qui englobe les trois prĂ©cĂ©dents sous-dĂ©tecteurs, et les baigne dans un champ magnĂ©tique puissant et homogène de T.
  • Ă  l'extĂ©rieur de l'aimant, des chambres Ă  muons (seules ces particules sont suffisamment pĂ©nĂ©trantes pour ĂŞtre capables de traverser l'ensemble des dĂ©tecteurs internes) placĂ©es dans la culasse de l'aimant.
Schéma d'une tranche du détecteur, du centre (à gauche) vers l'extérieur (à droite).

Construction

Pour gagner du temps, lors du creusement de la caverne, CMS a Ă©tĂ© construit en surface en 15 tranches autonomes; ces tranches ont Ă©tĂ© descendues une Ă  une Ă  100 mètres sous terre par une grue spĂ©ciale (l'Ă©lĂ©ment central comprenant l'aimant pesait presque 2 000 tonnes) et assemblĂ©es ensemble. Le dernier Ă©lĂ©ment de construction du CMS a Ă©tĂ© descendu le .

Photographies

Notes et références

  1. « CMS », sur CERN (consulté le ).
  2. « Le solénoïde supraconducteur pour le détecteur CMS », sur Le DAp aujourd'hui (consulté le ).

Liens externes

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