Publié le 27 juin 2023 – Mis à jour le 6 juillet 2023
Une matrice de capteurs LGAD montés sur une carte de lecture: ces capteurs on été testés en faisceaux au CERN et à DESY. Photographie: Barande Jérémy. ATLAS Experiment © 2021 CERN
Une matrice de capteurs LGAD montés sur une carte de lecture: ces capteurs on été testés en faisceaux au CERN et à DESY. Photographie: Barande Jérémy. ATLAS Experiment © 2021 CERN

L'équipe ATLAS du Laboratoire de Physique de Clermont-Ferrand (LPC) a participé à des tests en faisceau pour mesurer les performances de capteurs en silicium d'environ 1 mm x 1 mm. Ces capteurs, appelés LGADs (low-gain avalanche diodes), sont capables de faire quelque chose d'extraordinaire : ils peuvent distinguer des signaux qui ne sont séparés dans le temps que par quelques dizaines de picosecondes. Pour donner une idée de ce que cela signifie, si l'on ramène 40 picosecondes à une seconde, une seconde équivaut à environ 800 ans.

L'équipe du LPC prévoit, au sein d'une collaboration internationale, d'utiliser cette technologie pour construire une nouvelle partie du détecteur ATLAS du grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, pour participer à la recherche de nouvelles particules et à la réalisation de mesures précises des propriétés du Modèle Standard de la physique des particules. En effet, près de deux millions de capteurs LGADs seront assemblés pour construire l'un des tout premiers détecteurs de temps à haute granularité, qui sera essentiel pour la prochaine phase du LHC, où les collisions seront si nombreuses qu'il sera impossible de les distinguer entre elles, à l'aide des seules informations spatiales.
 

Les membres de l’équipe ATLAS ont voulu étudier ces LGADs lorsqu'ils sont introduits dans des faisceaux de particules (pions ou électrons) au CERN (Genève, Suisse) et à DESY (Hambourg, Allemagne). L'idée est de vérifier que, dans des conditions de faisceau réalistes, il est réellement possible d'atteindre la résolution temporelle requise, tout en respectant l'ensemble du cahier des charges pour le projet de la jouvence ATLAS. L'équipe du LPC a joué un rôle principal de coordination et de mise en place des tests en faisceau, ainsi que d'analyse des données, et a collaboré avec d'autres instituts en France (Laboratoire Irène Joliot Curie à Paris) et à l'étranger (Taiwan, Pays-bas, Allemagne, Espagne, Chine, Suisse et Maroc) pour réaliser cet objectif.
 

Le pari est gagné: les mesures faites lors de ces test prouvent que les versions les plus récentes de ces LGADs répondent à toutes les spécifications du détecteur que l'équipe tente de construire : le projet fait donc un grand pas en avant vers la réalisation de ce détecteur à autre granularité temporelle, qui sera le premier de son genre.
 

  • D'après la publication scientifique Performance in beam tests of carbon-enriched irradiated Low Gain Avalanche Detectors for the ATLAS High Granularity Timing Detector publiée le 2 mai 2023 
  • Auteurs : S. Ali, H. Arnold, S.L. Auwens, L.A. Beresford, D.E. Boumediene, A.M. Burger, L. Cadamuro, L. Castillo García, L.D. Corpe, M.J. Da Cunha Sargedas de Sousa 
  • Lien vers l’article : https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/18/05/P05005