Atlas au LHC Deuxième partie: l ’expérience ATLAS Qu ’est-ce que l ’expérience ATLAS ? Université de Genève et ATLAS 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

La géométrie des détecteurs Collisions avec cible fixe les particules produites sont projetées en avant Les détecteurs sont en forme de cône et sont placés derrière la cible Collisions des faisceaux les particules sont émises dans toutes les directions le détecteur sera donc sphérique ou, plus communément, cylindrique p p Atlas 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta Introduction: ATLAS ATLAS : A Toroidal LHC ApparatuS Détecteur polyvalent prévu pour exploiter le potentiel d ’exploration d ’une physique nouvelle offerte par LHC Il permettra de déterminer pour les particules produites dans les collisions p-p dans tous les directions: les impulsions, les directions et le signe des particules chargées les énergies pour les électrons, photons et particules hadroniques identifier les électrons, muons et photons identifier les particules qui sont produites dans un point (à quelques mm) différent du point de collision les hadrons avec le quark b qui se désintègrent après quelques mm de la collision déduire la présence des particules (neutrino, particules SUSY) qui échappent à la détection en mesurant l ’énergie totale observée Emanquante = Ecollision- Eobservée Il est constitué de nombreuses couches. Chacune est conçue pour une tâche spécifique (ex: identifier les muons) 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta Les éléments de ATLAS Trois éléments principaux: la trajectographie interne première couche du détecteur reconstruit avec précision la trajectoire des particules chargées mesure l’impulsion des particules chargés et le signe en utilisant la courbure dans un champ magnétique solénoïdal Événement typique reconstruit par la trajectographie interne 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Les éléments de ATLAS (cont.) le calorimètre mesure les énergies des particules chargées et neutre il est conçu pour stopper la plupart des ces particules. Deux types de calorimètres sont généralement nécessaires: le calorimètre électromagnétique pour mesurer l ’énergie des électrons, positrons et photons le calorimètre hadronique pour mesurer l ’énergie des gerbes hadroniques composés par protons, neutrons, pions (p) et autres particules hadroniques (K) les chambres à muon (spectromètre) elles sont situées à l ’extérieur du détecteur pour identifier les muons elles sont placées dans un champ magnétique toroïdal pour mesurer leurs impulsions avec une grande précision Seuls les muons et les neutrinos sont capables de traverser tout le détecteur. Les neutrinos échappent aussi à la chambre à muons et leur présence peut être déduite par l ’énergie manquante Eneutrino = Ecollision- Eobservée 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Les interactions des particules avec le détecteur 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta Le détecteur ATLAS section transversale Tube à vide Détecteur de traces Aimant solénoïdal Calorimètre électromagnétique Calorimètre hadronique Aimant toroïdal Chambres à muons Longueur 44 m Hauteur 22 m Poids 7000 tons 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Section transversale de ATLAS Tube à vide Détecteur de traces Aimant solénoïdal Calorimètre électromagnétique Calorimètre hadronique Aimant toroïdal Chambres à muons 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

La trajectographie interne Il est composée en trois parties: 50 x 300 mm Détecteur à pixel mesure la position du trajet des particules chargées précision srf = 10 et sz = 50 mm Détecteur de traces avec micro-piste au silicium (SCT) chaque piste reçoit un signal donnant l’information ou est passée la particule précision srf = 20 mm Détecteur de traces aux radiations de transition tubes-pailles remplis de gaz et munis d’un fil axial, mis en haute tension précision srf  150 mm 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Le calorimètre à Argon Liquide Il consiste en une succession de plaque d absorbtion (plomb ou cuivre) et d ’un plan des électrodes, le tout immergé dans l ’argon liquide Les gerbes de particules produisent une ionisation dans l ’argon liquide, qui est détectée comme un signal électrique par des électrodes La géométrie des plaques est en forme d ’accordéon pour avoir une réponse uniforme dans toutes les directions Il est utilisé comme calorimètre électromagnétique (plaques en plomb) et hadronique (plaques en cuivre) pour les parties avant (end-caps et forward) p 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Le Calorimètre hadronique (TileCal) Il est situé à l ’extérieur du calorimètre électromagnétique Les capteurs sont des carreaux (tile) de scintillateur plastique les gerbes hadroniques émettent une lumière que l ’on détecte et enregistre 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Le Spectromètre des muons Le spectromètre à muons est situé à l ’extérieur des calorimètres Seuls les muons (et les neutrinos) sont capables de traverser tant de matière La mesure de la trajectoire des muons est effectuée dans un deuxième champ magnétique toroïdal par des chambres à fils qui permettent une mesure précise de l ’impulsion 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Quelques événements cherchés: production du boson de Higgs Le boson de Higgs est produit généralement avec d ’autres particules hadroniques (gerbes) m e 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta Evénements cherchés: Après l’analyse des données enregistrées en un an à la luminosité maximale 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta Evénements cherchés: Ces événements sont utilisés pour déterminer la violation de la symétrie CP dans les désintégrations des mesons B 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta Le collisions au LHC Le LHC fournira environ un milliard de collisions p-p par seconde Chaque 25 ns il y aura un croisement des paquets protons dans ATLAS Pour chaque croisement il y aura 23 collisions  109 collision/sec énorme flux de données mais les événements intéressants sont rares exemple: événements avec production du Higgs H -> gg sont 1/1013 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Le système d’acquisition de données ATLAS doit sélectionner rapidement les collisions intéressantes (1 / 107 ) Système de déclenchement basée sur trois niveau: niveau 1: sélection des événements en ~ 2 ms en utilisant d ’électronique dédiée 1 GHz  100 KHz niveau 2: avec des informations plus complètes des événements 100KHz  1 KHz niveau 3: A ce niveau les événements sont construits et l ’information de tout le détecteur peut être utilisé 1 KHz  100 Hz Les événements seront ensuite sauvegardés pour l ’analyse. 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta L’analyse des données Le système de traitement des données doit gérer environ 109 événements qui seront enregistrés par an un événement a une taille de environ 2 MB ~ 1015 MB (PetaByte) d ’information produit par an stockage des données (base des données) processing pour la reconstruction des événements (reconstruction des traces, électrons, etc…..) et analyse simulation Monte Carlo Des usines avec des milliers des PC Linux situés au CERN et dans les autres laboratoires seront utilisés Le CERN est aussi en train de développer un système distribué pour le traitement et analyse des données (DATAGRID) 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

La collaboration Atlas Worldwide collaboration 1850 collaborateurs (physiciens) 150 instituts 34 pays 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

L ’université de Genève et ATLAS Notre groupe est impliqué dans différentes importantes activités: Détecteur de traces au silicium (SCT): design, assemblage et production des modules au silicium design et production des 4 cylindres, support mécanique des modules au silicium développement du circuit intégré pour l ’électronique front-end utilisé pour la lecture de données Calorimètre au argon liquide recherche et développement d ’une carte électronique pour le système d ’acquisition de données du calorimètre intégration avec le système d ’acquisition de données ATLAS Système d ’acquisition des données développement du software online Simulation et analyse études avec simulations Monte Carlo des processus physiques, comme production du Higgs, pour évaluer les potentialités de ATLAS 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta Le détecteur SCT 4 cylindres 9 disques 5.6 m 1.04 m 1.53 m Module du disque (forward) détecteur au silicium 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Carte VME ROD pour le calorimètre La carte ROD (Read Out Driver) reçoit les données venant du l ’électronique front-end du calorimètre à argon liquide par un lien optique Le données consistent en impulsions de chaque canal du calorimètre qui sont enregistrées de l ’électronique chaque 25 ns Elle doit les analyser pour calculer la quantité d ’énergie déposée dans chaque canal qui sera utilisée après par le système de déclenchement (niveau 2). Le temps disponible est seulement de 10 ms pour 128 canaux Des DSP (Digital Signal Processors) sont utilisés pour le calcul Énergie et temps calorimètre signal Carte ROD 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta Online Software Développement de software pour le système d ’acquisition de données qui tourne dans les ordinateurs et processeurs faisant partie du système d ’acquisition Fonctionnalités: controle configuration monitoring software écrit en C++ et JAVA Exemple: Interface graphique pour la DAQ 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Etudes des performances En utilisant les événements des simulations Monte Carlo les performances du détecteur ATLAS peuvent être estimer Exemple: recherche du Higgs Dans quelles canaux des désintégrations faut-il chercher ? Quel est le rapport du signal sur bruit du fond ? Quelles seront les propriétés du Higgs qui on pourra mesurer ? Et Comment ? Pour répondre à ces questions on est en train des faire des analyses (études) en utilisant les événements simulés 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta ATLAS UniGE Web Page http://dpnc.unige.ch/atlas/atlaspage2/geneva/geneva_welcome.html 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta

Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta Références Pages Web ATLAS: http://atlas.web.cern.ch/Atlas pour le public : http://pdg.lbl.gov/atlas/atlas.html pour les physiciens: http://atlasinfo.cern.ch/ATLAS/internal/Welcome.html Activités dans l ’Université: http://dpnc.unige.ch/atlas/atlaspage2/atlas_home.html Transparents de ce séminaire: première partie: http://alephwww.cern.ch/~moneta/atlas/p1/index.htm deuxième partie: http://alephwww.cern.ch/~moneta/atlas/p2/index.htm 13 Novembre 2001 Séminaire d'orientation - Lorenzo Moneta