Le palais de cristal

Les bouchons du calorimètre électromagnétique de CMS (ECAL) commencent à prendre forme ; le premier quadrant a été achevé le mercredi 3 octobre.

Une fois terminés le tonneau du calorimètre électromagnétique (ECAL) et ses 61 200 cristaux, CMS est passé aux bouchons, dix ans après leur conception initiale. Les cristaux des bouchons ont été les derniers fabriqués ; il s’agit maintenant de les mettre en place à temps pour le lancement du LHC l’année prochaine. L’assemblage du premier des huit quadrants a commencé en juin et le montage des cristaux s’est achevé le mercredi 3 octobre.

Chaque cristal est transparent, a un volume à peine plus grand qu’une tasse de café, mais pèse pourtant pas moins de 1,5 kg. 1831 de ces cristaux de tungstate de plomb ont été installés dans le premier quadrant, sur les 14 648 que comptent au total les bouchons. Le plomb et le tungstène représentent 86 % du poids de chaque cristal, mais, comme l’explique Dave Cockerill, chef de projet : « c’est la petite dose d’oxygène qui en fait un matériau transparent qui scintille lorsqu’il est traversé par des particules. C’est magique ! »

Le calorimètre électromagnétique détecte deux des principales particules intéressantes issues des collision à CMS, à savoir les électrons et les photons, et mesure leurs énergies. Les particules incidentes déposent leur énergie dans les cristaux, qui émettent une lumière de scintillation proportionnelle, laquelle peut être mesurée.

Chaque bouchon est constitué de deux éléments en forme de « D », faits de telle manière que les moitiés peuvent être assemblées autour du tube de faisceau sans qu’il soit nécessaire d’entailler celui-ci. Chaque D est divisé en deux quadrants constitués de blocs de cristaux (5 x 5), appelés « supercristaux ». Chacun de ces blocs pèse environ 45 kg.

Leur poids présente une difficulté particulière pour le montage : « Nous utilisons un bras de chargement spécial, semblable à celui qui sert pour le tonneau. Nous fixons le supercristal à son extrémité, puis l’opérateur peut diriger la mise en place sans plus sentir le poids, du bout des doigts. Nous pouvons ainsi l’amener délicatement en position avant de le visser. On ne pourrait pas faire ça manuellement ou avec une grue », explique Dave Cockerill.

Les bouchons constituent une partie essentielle de CMS, dans la mesure où ils forment une extension de la partie tonneau d’ECAL. « Comme les particules fusent en tous sens, plus nos détecteurs couvriront de directions, plus nous aurons de chances de les attraper. Dans le cas du Higgs, s’il se désintègre en deux photons, le fait de disposer des bouchons de CMS accroît d’environ 40 % le champ et la capacité de détection. »

L’équipe compte avoir achevé l’installation du premier bouchon de l’ECAL en mars de l’année prochaine, et le deuxième en juin ; ainsi, au moins un des bouchons sera en place au moment du démarrage de la machine. Faire partie des dernières pièces de CMS à installer ne va pas sans poser quelques problèmes. « Nous avançons rapidement, mais sûrement, dans la cons-truction d’un détecteur opérationnel pour le LHC. »

Le grand jour approche et tout le monde est sur le pont. « C’est l’effervescence. Comme les acteurs avant leur entrée en scène, nous sommes enthousiastes et en même temps, nous avons le trac. D’un autre côté, quand on est bien préparé, on pense que tout ira bien. C’est ce que nous ressentons en ce moment. »