MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Des géants pour traquer l’infiniment petit ATLAS :

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1 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Des géants pour traquer l’infiniment petit ATLAS : le géant CMS : le poids lourd LHCb: en quête de beauté ALICE : plongée dans le Big Bang

2 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Des géants pour traquer l’infiniment petit

3 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Le détecteur ATLAS Diamètre: 25m Longueur: 46m Poids: 7000 tonnes 3000 km de câbles

4 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3

5 Pourquoi un détecteur? 1. Comment identifier une particule: Déterminer sa masse m Déterminer sa charge électrique q Pour obtenir le maximum d’information sur les particules issues de la collision.

6 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Pourquoi un détecteur? 1. Comment identifier une particule: Déterminer sa masse m Déterminer sa charge électrique q Pour obtenir le maximum d’information sur les particules issues de la collision. 2. Comment détecter une particule: Par interaction particule - matière Ionisation Scintillation Semi-conducteur Signal électrique Particule Matière

7 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Pourquoi un détecteur? 1. Comment identifier une particule: Déterminer sa masse m Déterminer sa charge électrique q Pour obtenir le maximum d’information sur les particules issues de la collision. 2. Comment détecter une particule: Par interaction particule - matière Ionisation Scintillation Semi-conducteur Signal électrique Particule Gaz, liquide e¯ courant

8 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Pourquoi un détecteur? 1. Comment identifier une particule: Déterminer sa masse m Déterminer sa charge électrique q Pour obtenir le maximum d’information sur les particules issues de la collision. 2. Comment détecter une particule: Par interaction particule - matière Ionisation Scintillation Semi-conducteur Signal électrique Particule Plastique Liquide γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ Photodétecteur

9 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Pourquoi un détecteur? 1. Comment identifier une particule: Déterminer sa masse m Déterminer sa charge électrique q Pour obtenir le maximum d’information sur les particules issues de la collision. 2. Comment détecter une particule: Par interaction particule - matière Ionisation Scintillation Semi-conducteur Signal électrique Particule Silicium Germanium e¯ courant

10 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Pourquoi un détecteur? 1. Comment identifier une particule: Déterminer sa masse m Déterminer sa charge électrique q Pour obtenir le maximum d’information sur les particules issues de la collision. 2. Comment détecter une particule: Par interaction particule - matière Ionisation Scintillation Semi-conducteur Signal électrique Particule Silicium Germanium e¯ 3. Mesurer leurs caractéristiques: Impulsion (quantité de mouvement) TRAJECTOGRAPHES Energies E CALORIMETRES courant

11 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Le détecteur Atlas Diamètre: 25m Longueur: 46m Poids: 7000 tonnes 3000 km de câbles Trajectographe interne Calorimètres Trajectographe externe à Muons Electromagnétique Hadronique

12 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Pourquoi un détecteur? 1. Comment identifier une particule: Masse m Charge q 3. Mesurer leurs caractéristiques: Impulsion (quantité de mouvement) TRAJECTOGRAPHES Energies E CALORIMETRES 2. Comment détecter une particule: Par interaction particule - matière Ionisation Scintillation Semi-conducteur Pour obtenir le maximum d’information sur les particules issues de la collision.

13 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 B Électron (q -) Trajectographes -Détecteurs multi couches (reconstruire la trajectoire) -Champ magnétique (Force de Lorentz courbe les particules chargées) -> Sens de rotation -> Charge (q) B Proton (q +)

14 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 B B B Plus lent plus rapide Trajectographes -Détecteurs multi couches (reconstruire la trajectoire) -Champ magnétique (Force de Lorentz courbe les particules chargées) -> Sens de rotation -> Charge (q) -> Rayon de courbure R=mv/qB

15 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Trajectographe interne SCT d’ATLAS

16 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Trajectographe externe à muons d’ATLAS µ

17 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Le détecteur Atlas Aimant supraconducteurs trajectographes internes B = 2 Teslas I = 7 600 Ampères Aimants supraconducteurs trajectographes à muons

18 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Electroaimants supraconducteurs du trajectographe à muons d’ATLAS

19 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 ATLAS : A Toroïdal Lhc ApparatuS Champ magnétique : 4 Teslas Courant : 21 000 Ampères

20 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Pourquoi un détecteur? 1. Comment identifier une particule: Masse m Charge q 3. Mesurer leurs caractéristiques: Impulsion (quantité de mouvement) TRAJECTOGRAPHES Energies E CALORIMETRES 2. Comment détecter une particule: Par interaction particule - matière Ionisation Scintillation Semi-conducteur Pour obtenir le maximum d’information sur les particules issues de la collision.

21 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Calorimètres Mesurer l’énergie des particules -> Milieu dense (Plomb, Fer, Tungstène) Destructeur pour la particule incidente

22 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Calorimètres à échantillonnage d’Atlas Calorimètre Electromagnétique : Electrons, Photons Calorimètre Hadronique : Protons, Neutrons, Pions Electromagnétique : Ionisation de l’Argon Liquide Hadronique : Scintillateurs Plastiques Electromagnétique : Plomb Hadronique : Fer

23 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Calorimètre Electromagnétique d’Atlas

24 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Calorimètre Hadronique d’Atlas

25 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3 Pointillés: Particules invisibles pour le détecteur Calorimètre électromagnétique Calorimètre Hadronique Spectromètre à muons Trajectographes internes Aimant

26 MasterClasses 2014 Introduction aux Détecteurs JF MURAZ LPSC, Université Grenoble-Alpes, CNRS/IN2P3