CMS à l'heure de la douche cosmique

Des particules en provenance de l'espace pleuvent sur CMS. La collaboration est prête à exploiter ces rayons cosmiques, source naturelle de particules, pour tester une «tranche» de ses détecteurs.

L'objectif premier de l'essai de l'aimant et du «défi des cosmiques» de CMS (essai MTCC), d'une durée de deux mois, est de vérifier la fonctionnalité et les performances du solénoïde supraconducteur. Cet aimant doit fournir un champ magnétique de 4 teslas pour incurver les trajectoires des particules chargées dans les détecteurs internes. L'essai MTCC comprendra les systèmes de refroidissement, d'alimentation et de commande, et permettra par la même occasion de procéder à des tests par tranche du détecteur en présence du champ magnétique: il s'agira de détecter et de reconstituer les trajectoires des muons cosmiques traversant des éléments des détecteurs définitifs du tonneau et certaines chambres à muons des bouchons.

Au cours de l'année écoulée, un jeu de disques des bouchons a été complètement équipé de son système de détection de muons, les calorimètres hadroniques des bouchons ont été mis en place, et la plupart des détecteurs de muons du tonneau ont été installés et mis en service.

Cet essai MTCC fait suite à plusieurs étapes préliminaires. L'intérieur de la bobine a d'abord été mis sous vide, et le solénoïde a été refroidi à 4,5 K. Il est maintenu à cette température depuis lors (voir Bulletin n° 11/2006).

Dans un deuxième temps, les deux moitiés du calorimètre hadronique (HCAL) de CMS ont été testées au moyen d'une source radioactive, puis insérée avec précaution à l'intérieur du solénoïde sur des rails soudés sur la section intérieure. Le HCAL est constitué de couches de laiton séparées par des scintillateurs plastique contenant des fibres à décalage de longueur d'onde. Seule une des 36 sections du HCAL sera testée à l'occasion de cet essai.

La troisième étape a consisté en l'installation de deux des 36 supermodules constituant le calorimètre électromagnétique (ECAL), grâce à un dispositif d'insertion rotatif, la «cage d'écureuil». Étant donné que chacun des supermodules pèse plus de trois tonnes et contient 1700 fragiles cristaux de tungstate de plomb, ainsi que des structures de support, de l'électronique et un système de refroidissement, cette installation s'est révélée des plus délicates (voir Bulletin n° 17/2006).

Le prototype du trajectographe a ensuite été inséré au centre de l'expérience (voir Bulletin n° 27/2006). Ce prototype est recouvert de 2 m² de détecteurs au silicium: une surface plus importante que pour les expériences du LEP, mais bien réduite par rapport au trajectographe final de CMS, qui comprendra 200 m² de détecteurs. Aligner avec précision le trajectographe en utilisant comme guides les deux supermodules ECAL installés était une tâche difficile. Une fois l'ECAL complètement installé, seul un petit centimètre le séparera du trajectographe.

Les secteurs de tous les sous-détecteurs de CMS, à l'exception du détecteur à pixels du trajectographe interne et des pré-échantillonneurs des bouchons, sont désormais installés. Leur mise en service est en cours, parallèlement à celle du système de déclenchement et du système central d'acquisition des données.

Pour faire fonctionner le solénoïde à pleine puissance, il fallait accoler les anneaux du tonneau et les disques des bouchons; cette opération a été achevée le 25 juillet. Par la suite, le groupe Aimant et infrastructure CMS (CMI) portera progressivement le courant à 19500 ampères pour atteindre le champ magnétique nominal. Des tests complémentaires seront effectués pour tous les services annexes, y compris la cryogénie et les alimentations de l'électronique.

L'essai MTCC est pour la collaboration une occasion exceptionnelle de comprendre le comportement des éléments du détecteur central dans le champ magnétique avant la phase de mise en service de CMS. En août, les détecteurs internes seront intégrés dans un même système logiciel, et les trajectoires complètes des particules seront mesurées. L'essai mettra également à l'épreuve les éléments des systèmes définitifs de déclenchement et d'acquisition des données (TriDAS), le générateur d'événements (qui combine les informations en provenance des différents sous-détecteurs), les logiciels et matériels de contrôle-commande ainsi que les systèmes d'alignement du détecteur.

Une fois achevée la première phase l'essai MTCC, il faudra rouvrir CMS pour retirer les détecteurs internes et permettre l'installation d'un « cartographe de champ». La culasse sera ensuite refermée et le champ magnétique soigneusement cartographié.

La descente des grands éléments - six disques des culasses des bouchons équipés de leurs chambres à muons et le HCAL des bouchons, d'une part, et les cinq roues formant la culasse du tonneau dont la roue centrale, solidaire du solénoïde, équipées de leurs chambres à muons, d'autre part - dans la caverne est prévue avant la fin de l'année.