La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

28 Mai 2003 Yves Schutz 1 ALICE A Large Ion Collider Experiment.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "28 Mai 2003 Yves Schutz 1 ALICE A Large Ion Collider Experiment."— Transcription de la présentation:

1 28 Mai 2003 Yves Schutz 1 ALICE A Large Ion Collider Experiment

2 28 Mai 2003 Yves Schutz 2 ALICE ALICE Le club de ceux qui fracassent des noyaux atomiques les uns sur les autres … Le club de ceux qui fracassent des noyaux atomiques les uns sur les autres … Pourquoi ? Tenter de dissoudre le vide et de remonter le tempsPourquoi ? Tenter de dissoudre le vide et de remonter le temps Comment ? Chauffer et comprimer la matièreComment ? Chauffer et comprimer la matière Observer un phénomène quiObserver un phénomène qui dure dans une seconde autant quun éclair dans les 15 milliards dannées écoulées depuis la naissance de lunivers, dure dans une seconde autant quun éclair dans les 15 milliards dannées écoulées depuis la naissance de lunivers, crée une température égale à fois celle régnant au cœur du soleil et crée une température égale à fois celle régnant au cœur du soleil et compacte la matière de façon telle que la pyramide de Kheops tiendrait dans une tête dépingle. compacte la matière de façon telle que la pyramide de Kheops tiendrait dans une tête dépingle. Recréer la couleur

3 28 Mai 2003 Yves Schutz 3 Au coeur de la matière La matière est constituée de particules « élémentaires », la masse est concentrée dans le noyau atomique. La matière est constituée de particules « élémentaires », la masse est concentrée dans le noyau atomique. La matière stable de lunivers est constituée de 4 particules élémentaires La matière stable de lunivers est constituée de 4 particules élémentaires O( m)O( m)< O( m) QUARKS LEPTONS é é

4 28 Mai 2003 Yves Schutz 4 Le Modèle Standard La théorie des briques de lunivers et des forces qui les gouvernent: 12 constituants élémentaires 4 interactions gravitonphotonW, Zgluon

5 28 Mai 2003 Yves Schutz 5 Les questions ouvertes Comment les particules ont-elles acquises leur masse ? : m,g =0, m t = m e ! Comment les particules ont-elles acquises leur masse ? : m,g =0, m t = m e ! Existe-t-il une force unique qui unifierait toutes les autres ? Existe-t-il une force unique qui unifierait toutes les autres ? Pourquoi existe-t-il 3 familles de particules de matière ? Pourquoi existe-t-il 3 familles de particules de matière ? Où est passée lanti-matière ? Où est passée lanti-matière ? Pourquoi lunivers stable est-il incolore ? Pourquoi lunivers stable est-il incolore ? Quelle est la nature du vide ? Quelle est la nature du vide ? Quelle est la forme originelle de la matière ? Quelle est la forme originelle de la matière ? Comment la masse vient aux objets qui nous entourent ? Comment la masse vient aux objets qui nous entourent ?

6 28 Mai 2003 Yves Schutz 6 Chromodynamique Quantique: la théorie de linteraction forte Une théorie formelle: Une théorie formelle: Les quarks sont porteurs dune charge appelée couleur; il y a 3 couleurs R, B, VLes quarks sont porteurs dune charge appelée couleur; il y a 3 couleurs R, B, V Linteraction entre deux quarks saccompagne de léchange dun gluon (m g =0) porteur dune charge de couleur et de son anti- charge !Linteraction entre deux quarks saccompagne de léchange dun gluon (m g =0) porteur dune charge de couleur et de son anti- charge ! Linteraction forte est forte à grande distance et faible à petite distance !Linteraction forte est forte à grande distance et faible à petite distance ! Le vide est rempli de paires virtuelles quarks et anti-quarksLe vide est rempli de paires virtuelles quarks et anti-quarks Les phénomènes ne sont calculables que lorsque linteraction est faible !Les phénomènes ne sont calculables que lorsque linteraction est faible !

7 28 Mai 2003 Yves Schutz 7 Chromodynamique Quantique: la théorie de linteraction forte Des additifs empiriques: Des additifs empiriques: Les quarks (de valence) sont emprisonnés dans les hadrons (baryons et mésons) de façon à former des objets incoloresLes quarks (de valence) sont emprisonnés dans les hadrons (baryons et mésons) de façon à former des objets incolores Linteraction des quarks de valence avec le vide contribue à la masse des hadronsLinteraction des quarks de valence avec le vide contribue à la masse des hadrons Il nest pas possible disoler une charge de couleurIl nest pas possible disoler une charge de couleur q q F=kR 1 q q F=kR 2 q q F=kr 2 q q F=kr 1

8 28 Mai 2003 Yves Schutz 8 Big Bang … Jusquà secondes après sa naissance toute la matière de lUnivers est colorée: les quarks et les gluons se meuvent librement. Lorsque lUnivers sest refroidit à environ K, il devient incolore: quarks et gluons sont emprisonnés pour toujours dans des particules dont il ne reste aujourdhui que les protons et les neutrons.

9 28 Mai 2003 Yves Schutz 9 Refaisons le chemin inverse Pourquoi ? Pourquoi ? Observer linteraction forte à lœuvreObserver linteraction forte à lœuvre Comment les constituants élémentaires de la matière interagissent Comment les constituants élémentaires de la matière interagissent Comment cette interaction a donné naissance aux objets composites formant lunivers Comment cette interaction a donné naissance aux objets composites formant lunivers

10 28 Mai 2003 Yves Schutz 10 Refaisons le chemin inverse Comment ? Comment ? En chauffant le vide et ainsi créer dans un volume étendu une densité dénergie suffisanteEn chauffant le vide et ainsi créer dans un volume étendu une densité dénergie suffisante Les collisions entre ions lourds accélérés à la vitesse de la lumière fournissent les « calories » nécessairesLes collisions entre ions lourds accélérés à la vitesse de la lumière fournissent les « calories » nécessaires CompressionChaleur Plasma de quarks et gluons

11 28 Mai 2003 Yves Schutz 11 Laboratoire 2. Lénergie de la collision se matérialise sous forme de quarks et gluons 1. Les noyaux accélérés vont subir une collision frontale Le mini Big Bang 3. Les quarks et gluons interagissent sous leffet de linteraction forte: la matière tend vers léquilibre v/c = 0, Contraction de Lorentz : 7 fm 0,003 fm t~ s T~5×10 12 K 4. Le système de dilue et se refroidit 5. Quarks et gluons condensent pour former des hadrons t~ s T~10 12 K

12 28 Mai 2003 Yves Schutz 12 Mini Big Bang : le film

13 28 Mai 2003 Yves Schutz 13 Accélérer des noyaux Les noyaux (atomes débarrassés de leur cortège délectrons) sont accélérés par un champ électrique Les noyaux (atomes débarrassés de leur cortège délectrons) sont accélérés par un champ électrique La trajectoire des noyaux est courbée par des aimants dipolaires La trajectoire des noyaux est courbée par des aimants dipolaires Le flux des noyaux est focalisé par des aimants quadrupolaires Le flux des noyaux est focalisé par des aimants quadrupolaires

14 28 Mai 2003 Yves Schutz 14 LHC: champion du monde LHC: champion du monde 27 km de circonférence 40 m sous terre Cryogénie à 1.9 K ×10 12 Accélère 7×10 12 eV et 2,76×10 12 eV (99,999993% c) Accélère 7×10 12 eV et 2,76×10 12 eV (99,999993% c) Une collision libère jusquà 0,2×10 -3 Joules, T=1,000×10 9 K Une collision libère jusquà 0,2×10 -3 Joules, T=1,000×10 9 K ~10 8 ions croisent 10 8 ions 10 6 fois par seconde ~10 8 ions croisent 10 8 ions 10 6 fois par seconde Seulement collisions chaque seconde, dont 1% produisent des événements « extraordinaires » Seulement collisions chaque seconde, dont 1% produisent des événements « extraordinaires »

15 28 Mai 2003 Yves Schutz 15 Thermodynamique : un cas connu leau Diagramme des phases ; Équation détat (PV/T = Cte) Phases et Transitions de phase Ordre des transitions et point triple

16 28 Mai 2003 Yves Schutz 16 Thermodynamique de la matière Nous sommes ici Le Big Bang a démarré ici Les collisions de Pb au LHC nous emmènerons là Et nous étudierons cette trajectoire

17 28 Mai 2003 Yves Schutz 17 QCD nous dit… T c 173 MeV, m q 0, N f =2,3 Ordre de la transition : cross over c GeV/fm 3

18 28 Mai 2003 Yves Schutz 18 Observer le phénomène Juste pour rire … Juste pour rire … Imaginons notre terre gelé où leau nexiste quà létat de glace ;Imaginons notre terre gelé où leau nexiste quà létat de glace ; La glace nest présente que sous forme quantifiée : les glaçons ;La glace nest présente que sous forme quantifiée : les glaçons ; Des théoriciens soutiennent que la glace peut exister, dans certaines conditions de température, sous forme liquide ;Des théoriciens soutiennent que la glace peut exister, dans certaines conditions de température, sous forme liquide ; La seule façon de chauffer la glace est décraser les glaçons les uns contre les autres ;La seule façon de chauffer la glace est décraser les glaçons les uns contre les autres ; Les expérimentateurs fabriquent donc deux gros paquets de glaçons contenant chacun 100 millions de glaçons ; Les expérimentateurs fabriquent donc deux gros paquets de glaçons contenant chacun 100 millions de glaçons ; Ils frappent ces paquets lun contre lautre 1 million de fois par seconde ;Ils frappent ces paquets lun contre lautre 1 million de fois par seconde ; Ils arrivent ainsi à réaliser chaque seconde collision glaçons-glaçons ;Ils arrivent ainsi à réaliser chaque seconde collision glaçons-glaçons ; Lobservateur qui est chargé de raconter ce qui se passe est installé sur Mars…Lobservateur qui est chargé de raconter ce qui se passe est installé sur Mars… En divisant les dimensions par un facteur 10 13, nous devenons lobservateur du LHC. En divisant les dimensions par un facteur 10 13, nous devenons lobservateur du LHC.

19 28 Mai 2003 Yves Schutz 19 ALICE : Pour répondre à ce défi

20 28 Mai 2003 Yves Schutz 20 Le programme imposé Environ particules traversent le détecteur à chaque collision ; la densité atteint, près du point dinteraction 90 particules au cm 2 ! Environ particules traversent le détecteur à chaque collision ; la densité atteint, près du point dinteraction 90 particules au cm 2 ! Mesurer chaque particule individuellement: les compter, localiser leur trajectoire, identifier sa nature, déterminer son 4-moment ; Mesurer chaque particule individuellement: les compter, localiser leur trajectoire, identifier sa nature, déterminer son 4-moment ; Localiser leur origine à une centaine de m près ; Localiser leur origine à une centaine de m près ; Identifier les événements intéressants et rares en moins de 100s ; Identifier les événements intéressants et rares en moins de 100s ; Stocker les données 1,2 Go/s (2 CD/s) et 1 Po/an (une pile de CD de 4 Km) ; Stocker les données 1,2 Go/s (2 CD/s) et 1 Po/an (une pile de CD de 4 Km) ; Donner accès aux données pour dépouillement à 1000 physiciens répartis dans 80 instituts de 28 pays différents. Donner accès aux données pour dépouillement à 1000 physiciens répartis dans 80 instituts de 28 pays différents.

21 28 Mai 2003 Yves Schutz 21 Un champ magnétique Identifier la charge Mesurer limpulsion Impulsion plus grande Impulsion plus petite

22 28 Mai 2003 Yves Schutz 22 Des matériaux sensibles sur le trajet des particules t=0t=t 2 t=t 1 t=t 3 t=t 4

23 28 Mai 2003 Yves Schutz 23 Trajectographe interne (ITS): p, id ALICE : Beaucoup de cellules partout … Pour localiser, segmenter le système en des centaines de millions de cellules sensibles ; Pour localiser, segmenter le système en des centaines de millions de cellules sensibles ; Entourer le point dinteraction par des enveloppes de détecteurs Entourer le point dinteraction par des enveloppes de détecteurs Chambre à projection temporelle (TPC) : p, pid Détecteur à rayonnement de transition (TRD): électrons

24 28 Mai 2003 Yves Schutz 24 … et quelques détecteurs spécialisés Spectromètre de muons : Absorbeur passif B dipole Trajectographe Filtre Déclencheur Photons

25 28 Mai 2003 Yves Schutz 25 Comment ça marche Le trajectographe interne : 6 couches à localisation 2D de diodes Si Le trajectographe interne : 6 couches à localisation 2D de diodes Si m Si-p Si-n -HV

26 28 Mai 2003 Yves Schutz 26 3 technologies Si 256 anodes, 294 m pitch

27 28 Mai 2003 Yves Schutz 27 Comment ça marche Le trajectographe principal : 1 chambre à projection temporelle Le trajectographe principal : 1 chambre à projection temporelle -HV EE Temps darrivée

28 28 Mai 2003 Yves Schutz 28 TPC ALICE Readout plane segmentation 18 trapezoidal sectors each covering 20 degrees in azimuth E E 510 cm E E 88 s GAS VOLUME 88 m 3 DRIFT GAS 90% Ne - 10%CO 2 PbP E E 5 m 5.6 m V / cm NE / CO 2 88 s End plate Central electrode Drift volume Co 2 insulation

29 28 Mai 2003 Yves Schutz 29 Identification des particules Mesure de la perte dénergie Trajectographie: charge et impulsion Mesure du temps de vol p K K -

30 28 Mai 2003 Yves Schutz 30 Encore plus fort Distinguer électrons et pions relativistes Distinguer électrons et pions relativistes Lorsque une particule relativiste traverse un milieu inhomogène un rayonnement X est émis Choisir le milieu de façon à ce que seuls les électrons génèrent le rayonnement de transition Détecter à la fois la particule chargée et le rayonnement X Chambre multi-fils traditionnelle remplie dun gaz lourd (Xe)

31 28 Mai 2003 Yves Schutz 31 Et pour finir Dense comme le plomb et transparent comme le cristal pour arrêter les photons Dense comme le plomb et transparent comme le cristal pour arrêter les photons Les photons se matérialisent en une cascade délectrons et positons Les électrons excitent les atomes du cristal Les atomes se désexcitent en émettant des rayonnements UV Les rayonnements UV sont détectés au bout du cristal par une photodiode

32 28 Mai 2003 Yves Schutz 32 Des volts aux octets Le signal de chaque cellule (~16 millions) est traité par des systèmes électroniques hautement miniaturisés ; Le signal de chaque cellule (~16 millions) est traité par des systèmes électroniques hautement miniaturisés ; Le signal électrique est digitalisé pour être traité par linformatique ; Le signal électrique est digitalisé pour être traité par linformatique ; Linformation est véhiculée par fibres optiques. Linformation est véhiculée par fibres optiques.

33 28 Mai 2003 Yves Schutz 33 Concevoir le détecteur Simulations : Simulations : Générer des événements physiques selon létat de lart de la théorieGénérer des événements physiques selon létat de lart de la théorie Construire un détecteur virtuel et simuler sa réponse selon nos connaissances des interactions particules-matièreConstruire un détecteur virtuel et simuler sa réponse selon nos connaissances des interactions particules-matière Outils : Outils : Techniques de programmation : orientées objetsTechniques de programmation : orientées objets Énormes puissances de calcul et moyens de stockage : calcul distribuéÉnormes puissances de calcul et moyens de stockage : calcul distribué

34 28 Mai 2003 Yves Schutz 34 3 million volumes

35 28 Mai 2003 Yves Schutz 35 Ce à quoi il faut sattendre 60 < < 62 Une collision : 5.5 TeV dN/dy = 8,000

36 28 Mai 2003 Yves Schutz 36 Ce à quoi il faut sattendre Une collision : 14 TeV 20 collisions se superposent

37 28 Mai 2003 Yves Schutz 37 Pour traiter les données Yerevan CERN Saclay Lyon Dubna Capetown, ZA Birmingham Cagliari NIKHEF GSI Catania Bologna Torino Padova IRB Kolkata, India OSU/OSC LBL/NERSC Merida Bari Nantes Distribuer les tâches : les ressources CPU le stockage des données Sont réparties à travers le monde

38 28 Mai 2003 Yves Schutz 38 Exemple de mesure (1) 1. Matière ordinaire Impulsion transverse dN/dp Fonction de fragmentation dN/d Angle relatif O9O18O

39 28 Mai 2003 Yves Schutz 39 Exemple de mesure (1) 2. Matière de quarks Impulsion transverse dN/dp Fonction de fragmentation dN/d Angle relatif O9O18O

40 28 Mai 2003 Yves Schutz 40 Exemple de mesure (2) 1. Matière ordinaire Masse dN/dp J/cc

41 28 Mai 2003 Yves Schutz 41 Exemple de mesure (2) 2. Matière ordinaire Masse dN/dp J/cc

42 28 Mai 2003 Yves Schutz 42 ALICE aujourdhui


Télécharger ppt "28 Mai 2003 Yves Schutz 1 ALICE A Large Ion Collider Experiment."

Présentations similaires


Annonces Google