AIDA : développement de calorimètres
AIDA est un projet financé par l’UE réunissant plus de 80 instituts du monde entier, qui vise à créer de nouveaux systèmes pour les détecteurs destinés à de futurs accélérateurs. Lors de la réunion annuelle d’AIDA, tenue récemment à Frascati, il a été question tout particulièrement de l’achèvement d’un vaste programme de tests en faisceau de calorimètres, qui avait été mené ces deux dernières années par la collaboration CALICE sur les lignes de faisceau du PS et du SPS au CERN.
Le prototype de calorimètre en tungstène de CALICE en phase de test au CERN. Ce prototype de calorimètre hadronique d’un mètre cube possède près de 500 000 canaux électroniques à lecture indépendante, soit plus que tous les calorimètres d’ATLAS et de CMS réunis.
Les calorimètres construits dans le cadre du projet AIDA sont avant tout destinés à des expériences prévues auprès de futurs collisionneurs électron-positon, tels que l’ILC ou le CLIC. Les caractéristiques de physique de ces futures machines imposent de disposer d’une calorimétrie extrêmement performante. Pour atteindre ce niveau de performance, le mieux est de recourir à un système finement segmenté qui reconstitue les événements grâce à la méthode dite de « flux de particules », laquelle permet de connaître précisément l’énergie des jets. Déjà appliquée avec succès au détecteur CMS, cette technique donne d’excellents résultats lorsque l’on dispose d’une combinaison optimale de données de trajectoire et de données calorimétriques. La granularité en trois dimensions des cellules doit être la plus fine possible pour permettre de suivre individuellement chaque particule. Ces contraintes ont encouragé le développement de technologies de détection innovantes, telles que des photomultipicateurs en silicium (SiPM) montés sur de petits carreaux ou de petites bandes de scintillateur, des détecteurs à gaz (chambres à microgrilles ou à plaques résistives) avec une segmentation de lecture en deux dimensions ou des mosaïques à damier grande surface en silicium.
Le projet AIDA s’articule autour de deux grands axes : la difficulté d’intégration du fait de la très forte densité en canaux et la validation de simulations de détecteurs et de gerbes hadroniques réalisées à l’aide des outils Geant4 grâce aux données de tests en faisceau. Il prévoit, par exemple, la fabrication d’une famille de circuits ASIC* mixtes hautement intégrés, dotés d’une électronique frontale adaptée aux technologies mentionnées mais présentant une électronique de sortie et des interfaces classiques. Ces « systèmes sur puce » incluent le traitement du signal, l’auto-déclenchement, la numérisation et le séquençage de lecture. Grâce au cyclage, ils peuvent être intégrés au volume de détection sans qu’un refroidissement supplémentaire soit nécessaire. AIDA dispose également d’une structure d’absorption polyvalente faite en tungstène. Ce matériau très dense est privilégié dans la construction de calorimètres électromagnétiques ultra-compacts et son utilisation est actuellement envisagée pour le calorimètre hadronique du CLIC.
Grâce à cette approche modulaire, diverses combinaisons de technologies de lecture basées sur des photomultiplicateurs en silicium à gaz ou à scintillation pourraient être testées dans des structures d’absorption en acier et en tungstène, sur une large gamme d’énergies de faisceau allant de 2 à 350 GeV. Une partie des résultats très détaillés a déjà été présentée lors de conférences. Les constructeurs de modèles Geant4 se sont empressés d’analyser ces résultats pour tester et affiner leurs prédictions, ce qui sera très utile pour bon nombre d’expériences menées en physique des hautes énergies. Les campagnes avec faisceaux d’essai, et en particulier un test concluant sur le cyclage, ont fourni quantité d’informations techniques et ont révélé les performances des nouvelles technologies lorsqu’elles étaient appliquées à de plus grandes structures (voir la photo).
*ASIC : Application Specific Integrated Circuits (Circuits intégrés à application spécifique).
par Felix Sefkow
