Succès cosmique pour LHCb

LHCb a été touché par le cosmos. Pour la première fois, l’équipe a mesuré des rayons cosmiques, choisis par les systèmes de déclenchement à muons, qui ont bombardé simultanément trois des sous-détecteurs de l’expérience.

Reconstruction d’un rayon cosmique passant par le HCAL, l’ECAL et les chambres à muons (croix) de LHCb. Ci-contre, une photographie de l’installation réelle.

Au cours d’un essai global de mise en service effectué le 3 avril, l’équipe LHCb a utilisé trois des sous-détecteurs de l’expérience – le calorimètre électromagnétique (ECAL), le calorimètre hadronique (HCAL) et le système à muons – pour retrouver la trace de muons issus des rayons cosmiques. Cet essai est important, car il s’agit en quelque sorte d’une répétition générale avant le démarrage du LHC, c’est-à-dire avant que le détecteur LHCb fonctionne en conditions réelles.

Le logiciel de LHCb a permis à l’équipe de voir des simulations 3D des traces laissées par les muons à travers les sous-détecteurs, en visualisant l’énergie déposée dans chacune des cellules de calorimètre activées ainsi que les signaux dans les chambres à muons. Les images ci-dessus montrent les résultats enregistrés par le HCAL (cubes bleus), l’ECAL (cubes rouges) et le système à muons (croix vertes).

Pour l’équipe LHCb, ces images représentent l’aboutissement de plusieurs années de travail acharné. « La semaine dernière, l’ECAL, le HCAL et les stations à muons ont fonctionné simultanément », a indiqué Thomas Ruf, chef du projet logiciels pour la physique de LHCb, « cela montre que les détecteurs sont interdépendants, qu’ils sont synchronisés, que toute la chaîne logicielle est opérationnelle et que les données brutes sont pertinentes. Ces résultats sont pour nous très prometteurs ; nous avons enregistré de nombreux événements intéressants. »

Les essais avec rayons cosmiques ne peuvent être réalisés que sur certains sous-détecteurs, comme les calorimètres ou les systèmes à muons, dont la surface est très grande et qui peuvent détecter des particules provenant de toutes les directions. Les rayons cosmiques, par définition, arrivent verticalement depuis le ciel, ce qui n’est pas très pratique pour LHCb, qui est disposé en plans verticaux le long de la ligne de faisceau. Ainsi, les plus petits sous-détecteurs, situés très près de la ligne de faisceau, ont très peu de chances de détecter des rayons cosmiques, car ils ne sont sensibles qu’aux particules se déplaçant à des angles extrêmement petits.

Que se passera-t-il ensuite pour LHCb ? Thomas Ruf est enthousiaste : « les équipes qui travaillent dans le puits sur les divers sous-détecteurs, le système de déclenchement et le système en ligne font un travail fantastique. Nous allons également vérifier les signaux provenant d’autres sous-détecteurs », a-t-il expliqué. Il nous reste encore à tester notamment le détecteur à couches de scintillateur et le détecteur de pied de gerbe. Nous souhaitons ensuite tester le trajectographe externe – un immense système de trajectographie placé après l’aimant –, voire les détecteurs RICH, mais nous ne pourrons pas aller plus loin avec des rayons cosmiques – pour le reste, il nous faudra attendre le LHC ! ».

Une simulation virtuelle des traces des rayons cosmiques peut être visualisée à l’adresse :

http://lhcb-reconstruction.web.cern.ch/lhcb-reconstruction/OpenDay/lhcb_cosmics.htm