3.11 Détecteurs de particules au DPNC

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En provenance du cours de University of Geneva

Physique des particules - une introduction

51 notes

University of Geneva

Physique des particules - une introduction

51 notes

Ce cours vous introduit à la physique subatomique, c'est à dire à la physique du noyau et à celle des particules élémentaires. Plus spécifiquement les questions adressées sont les suivantes : - Quels sont les concepts de la physique des particules et comment sont-ils implémentés? - Quelles sont les propriétés du noyau atomique et comment peut on les utiliser? - Comment accélérer et détecter des particules et mesurer leurs propriétés? - Qu’est-ce qu’on apprend à partir des réactions de particules à haute énergie et leurs désintégrations? - Comment fonctionnent les interactions électromagnétiques et comment peut-on les mettre à contribution? - Comment fonctionnent les interactions fortes et pourquoi sont-elles difficiles à comprendre? - Comment fonctionnent les interactions faibles et pourquoi sont-elles spéciales? - Quelle est la masse des objets au niveau subatomique, et comment y intervient le Higgs? - Que peut-on apprendre de la physique des particules concernant l’astrophysique et l’Univers tout entier? Le cours est structuré en sept modules. Suivant le premier module qui introduit notre sujet, les modules 2 (Physique nucléaire) et 3 (Accélérateurs et détecteurs) dépendent peu du reste du cours et peuvent être étudiés séparément. Les modules 4 à 7 approfondissent les notions de la matière et des forces élémentaires.

À partir de la leçon

Accélérateurs et détecteurs

Dans ce module, on va toucher les bases de la physique des accélérateurs et des méthodes de détection pour les particules. On passera en revue les principes de l'accélération et focalisation de particules chargées par les champs électromagnétiques. On verra comment ces principes sont appliqués dans les accélérateurs et anneau de stockage modernes. Vous serez introduit aux processus physiques qui permettent de détecter les différents types de particules et comment ils sont utilisé dans des détecteurs modernes.

3.11 Détecteurs de particules au DPNC6:13

Rencontrer les enseignants

Martin Pohl
Professeur ordinaire
Département de physique nucléaire et corpusculaire
Mercedes Paniccia
Collaboratrice scientifique
Département de Physique Nucléaire et Corpusculaire

[MUSIC]

In this video, I will give you a little insight

into how one uses the particle detectors

which we have introduced in Module 3

to detect charged particles and light.

At the end of this video you will know how one integrates

semiconductor sensors into so-called particle trackers,

which reconstruct the trajectory of particles, and how one uses

light detection techniques to detect particles using scintillators.

We have already introduced the principles of particle detection by

semiconductor detectors in video 3.8, and by

scintillators in video 3.9.

So, to my right,

you see two applications of semiconductor detectors,

on top for the ATLAS experiment of the LHC at CERN, and below

by the space experiment AMS installed on the International Space Station.

Let us start by the top set-up.

You see here a part of the ATLAS forward detector

and the particles enter this part of the

detector in roughly this direction.

They are localised by these silicon

microstrip detectors, which you see on my left.

There are in fact two superimposed detectors, glued to each other.

They make a small angle, which permits, even by a detector

with single sided read out, to localise the particles in three dimensions.

You see on the bottom of each detector a small electronics card,

directly connected to the detector, which shapes the signal

and, when a trigger arrives, transmits it,

in this case an optical signal, through this slim optical fibre coming out.

You also see this piping behind,

which is part of the detector infrastructure,

and which transports a cooling liquid, absorbing the heat and

stabilising the temperature of detector and electronics.

The second line of particle detectors,

which we very actively follow here at the Department of Nuclear

and Particle Physics of the University of Geneva, are scintillation detectors,

which we have already introduced in video 3.9.

So, here

you see the classical way of constructing a scintillation detector.

You take a scintillating material, you connect it

via a light guide to a photomultiplier.

In the past, in the 1970-80’s, these were

vacuum tubes, very bulky and heavy.

And here you see the direction which is being followed today.

On can produce scintillating fibres,

very fine ones, which can be connected to a very small

light detector like this one,

which allows at the same time to localise

particles ant to measure their specific energy loss dE/dx,

as we have explained in video 3.9.

Once integrated, the set-up looks roughly like this,

you see a fine layer of scintillators directly coupled

to a semiconductor light detector, which localises light emission

and measures its intensity, produced by the passage of the particle.

With this one can also construct particle tracking detectors,

which are light, deformable and can be adjusted to

practically any detector shape

since the whole stays flexible and can be

made to made to follow almost any desired form.

With this,

you have seen two of our specialties in the development of novel particle detectors.

But we do not stop here. The direction we follow for

semiconductor sensors goes towards pixel detectors,

which allow, in the same sensor,

to directly localise particles in two directions.

They also present an improvement

in resolution, which is rather impressive.

You see here a sensor, which localises particles to about

ten micrometers.

I remind you that the diameter of a human hair

is about 100 micrometers, i.e. the sensor localisation

is 10 times more precise.

[MUSIC]

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