Le spectromètre à muons de l’expérience ALICE [1] se compose de 5 stations de trajectographie et deux stations de déclenchement qui détectent le passage des particules chargés et en reconstruisent les trajectoires pour en déterminer l’énergie/impulsion. Parmi ces particules chargées, les muons sont ceux qui nous intéressent plus spécifiquement car ils peuvent provenir de la décroissance de particules contenant les quarks charme et beauté. À environ 5 mètres du point de collision, abritée derrière un absorbeur long de 4 mètres et lourd de 40 tonnes, subtil assemblage de carbone, de béton, de plomb, de polyéthylène boré et de tungstène, se trouve la première station de trajectographie du spectromètre à muons. Cette station est composée de 8 détecteurs, ou quadrants, de type chambre à fils à cathode segmentée, contenant un mélange gazeux argon et dioxyde de carbone (figure 1).

Figure 1. Les deux plans de cathode d’une chambre à fils de la première station du spectromètre à muons d’ALICE. La surface totale du plan de pads est proche d’un mètre carré.

Afin de supporter les taux de collisions élevés que le LHC produira dès sa reprise en 2021, les chambres doivent subir une cure de jouvence. Ainsi, en février 2019, les huit quadrants ont été démontés de la caverne expérimentale et rapatriés à l’IPNO. Construites dans les années 2003-2004, ces chambres sont en fonctionnement depuis 2009 dans l’expérience ALICE et ont parfaitement rempli leur fonction [2].

Dans ces chambres, les 422 fils de 20 microns de diamètre et espacés de 2,1 mm sont maintenus à une tension électrique positive autour de 1650 volts par rapport aux plans de cathode, placés de part et d’autre à 2,1 mm du plan de fils (figure 2). Ces plans de cathode sont segmentés en environ 15000 rectangles (ou pads) qui constituent autant de voies de lecture permettant de mesurer précisément (mieux que 100 microns) la position de passage d’une particule. La dimension de chaque pad varie en fonction de sa position sur la chambre (8, 16 ou 32 mm2).

Figure 2. Zoom sur les fils qui permettent de créer le champ électrique à l’intérieur de la chambre (gauche). Espaceur placé au centre d’un quadrant et nécessaire pour maintenir un espacement le plus uniforme possible entre les plans de cathode (droite).

Des opérations de maintenance d’une grande précision sont en cours : ouverture des quadrants, changement de fils, nettoyage de traces résiduelles de colles etc... afin de s’assurer que les chambres seront opérationnelles pour une nouvelle période de 10 ans, à savoir les runs 3 et 4 du LHC qui vont s’étendre jusqu’en 2030. Périodes pendant lesquelles les fréquences de collisions atteindront jusqu’à 50 kHz et 1 MHz pour les collisions plomb-plomb et proton-proton respectivement. 

Ces travaux de jouvence s’effectuent au sein de l’équipe RDD de l’IPNO et mobilisent le savoir faire, la minutie et l’expertise de nombreuses personnes. Ils sont complétés par des tests de validation en source à l’IPNO et en rayons X au CERN afin de valider les bonnes performances des chambres après leur fermeture. En 2020, les détecteurs repartiront vers l’expérience ALICE équipés de leur nouvelle électronique de lecture [3] et contribueront aux études de précision des collisions d’ions lourds ultra-relativistes qui permettent de sonder le Plasma de Quarks et de Gluons.

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[1] https://iopscience.iop.org/article/...

[2] https://inspirehep.net/record/1281831

[3] http://ipnwww.in2p3.fr/ALICE-Upgrad...