Tenue de gala pour le détecteur CMS
Quatre-vingt pourcent des cristaux pour le tonneau du calorimètre électromagnétique de CMS ont été produits.
Plus précieux que des Swarovski, les cristaux en forme de pyramide tronquée du calorimètre électromagnétique sont sans doute la partie la plus esthétique du détecteur CMS. Serrés dans des grandes boîtes en aluminium, plus des deux tiers des quelque 61000 cristaux de la partie tonneau du calorimètre sont prêts à être installés. Depuis le début de l'assemblage en 2002, 25 des 36 supermodules contenant chacun 1700 de ces délicats cristaux ont été produits.
Les cristaux du calorimètre électromagnétique, longs de 23 cm dans le tonneau et de 22 cm dans les bouchons, sont composés à 86% de métal mais sont complètement transparents. Constitués de tungstate de plomb, ils se caractérisent par leur densité élevée et leur longueur de rayonnement réduite. Ils pèsent chacun entre 1,3 et 1,5 kilogrammes.
Les cristaux sont fabriqués en Russie et en Chine et plusieurs étapes sont nécessaires avant qu'ils ne soient prêts à être installés. Chaque mois, le CERN et le laboratoire INFN/ENEA, près le Rome, se partagent un lot de 1200 nouveaux cristaux. Ils passent dans une machine qui mesure automatiquement différents paramètres: dimensions, transparence, rendement lumineux, etc. «Habituellement, la beauté d'un cristal tient à ses couleurs», explique Etiennette Auffray, responsable au CERN de la construction des supermodules de cristaux. «Mais en ce qui nous concerne, la couleur est synonyme de défaut et de diminution de la performance des cristaux.» Les quelques cristaux défectueux sont éliminés et les autres sont munis d'un photodétecteur, fixé par un technicien à l'arrière du cristal en évitant soigneusement les bulles d'air. Cette opération est effectuée chaque jour sur environ 120 cristaux. Ils sont ensuite placés par groupes de 10 dans une boîte «alvéolaire» scellée et légère en fibre de verre pour former un «sous-module».
«A chaque étape de la construction, nous nous assurons que tout est en ordre», souligne Etiennette Auffray. «Cela est très important car il est difficile d'accéder aux cristaux une fois qu'ils sont dans les boîtes.» Un «module» est constitué de 40 à 50 sous-modules assemblés. Ces modules sont fabriqués au laboratoire INFN/ENEA, puis envoyés au CERN qui se charge du reste de la procédure d'assemblage.
La piè ce finale, le «supermodule», est constituée de quatre modules et pèse plus de trois tonnes, soit plus qu'un hippopotame. On place chaque supermodule dans une caisse spéciale qui absorbe les chocs pour le transporter, lentement, vers le site de Prévessin. Dans le bâtiment 867, les systèmes électroniques sont intégrés dans les supermodules avec la participation de plusieurs instituts et sous la supervision d'ETH Zurich. Avec une vitesse limitée à 10 km/h pour éviter d'endommager les délicats cristaux, il faut environ une heure pour atteindre le site.
L'équipe d'assemblage des cristaux, formée de 11 personnes, produit un supermodule par mois et le dernier doit être terminé pour mars 2007. La moitié des 36 supermodules seront installés cet été d'un côté du détecteur CMS.
Mais quand ils sont entassés dans des boîtes qui se fondent dans le métal et les câbles du détecteur, il n'est que trop facile, selon Etiennette Auffray, d'oublier la beauté cachée des cristaux.
Et la lumière fut
Les cristaux constituent une partie fondamentale du calorimètre électromagnétique de CMS. Lorsque les particules entreront en collision au centre du détecteur CMS, les électrons et photons incidents déposeront de l'énergie dans les cristaux, qui émettront une lumière de scintillation. La quantité de lumière produite varie avec l'énergie de la particule. Les photodétecteurs fixés sur chacun des cristaux détectent cette lumière et produisent un signal électrique qui lui est proportionnel.
