Construction du détecteur à pixels
Au plus près du point de collision des protons, le détecteur de vertex participe à la reconstruction des trajectoires des particules chargées et permet de localiser précisément le vertex de désintégration de certaines particules comme les hadrons issus de quark b.
Ce détecteur est basé sur des capteurs en silicium très finement segmentés en pixels (50 × 400 μm2), chaque capteur étant associé à sa propre électronique de lecture. Le détecteur pour le Run 1 était constitué de trois couches cylindriques (à 5, 9 et 12 cm en rayon) et de trois disques à chaque extrémité couvrant jusqu'à |η|=2.5, et comprend au total plus de 80 millions de pixels.
Cette technologie très novatrice a été proposée pour le détecteur ATLAS par notre groupe en 1992 (INDET-92-009). Le groupe a joué un rôle important dans de nombreux aspects de la phase de recherche et développement puis validation de cette technologie, notamment en micro-électronique durcie aux radiations et en mécanique de précision. Il a contribué à plusieurs éléments-clés du design final, en particulier en micro-électronique avec la cellule analogique pour l'amplification du signal et la discrimination, et en mécanique avec les supports des modules en fibres de carbone et les capillaires et tubes de refroidissement. De nombreuses études d'optimisation du design ont été menées au laboratoire grâce à des simulations permettant d'évaluer l'impact sur la physique et notamment sur les performances pour l'identification des jets issus de quark b. Le groupe a aussi participé aux nombreux tests en faisceaux de prototypes et au développement de logiciels d'acquisition, visualisation et contrôle. Le système di-phasique par évaporation qui refroidit l'ensemble du trajectographe au silicium d'ATLAS a également été conçu à l'origine au CPPM.
En septembre 2006, le groupe a achevé sa contribution à la construction du détecteur final en produisant plus du tiers (42/112) des échelles de la partie centrale du détecteur, chaque échelle étant instrumentée avec 13 modules de 46080 pixels chacun; et en participant à l'assemblage final au CERN. L'ensemble du détecteur à pixels est installé au centre d'ATLAS depuis juin 2007 et est opérationnel. Le groupe du CPPM participe à la mise en service de ce détecteur et à son exploitation avec pour le moment les données issues du passage de muons cosmiques, en attendant les premières collisions du LHC.
Bien que la technologie des pixels actifs soit intrinsèquement résistante aux radiations, la couche la plus interne du détecteur à pixels, dite 'b-layer' en raison du rôle crucial qu'elle joue pour l'identification des jets b, s'est vu adjoindre en 2014 une nouvelle couche, dite IBL (Insertable B-Layer). Le groupe ATLAS du CPPM a participé au projet IBL en contribuant à la conception du circuit électronique front-end, à la mécanique des échelles, au refroidissement et aux simulations numériques. Le groupe explore maintenant différentes pistes comme l'électronique 65nm et la technologie HV/HR-CMOS pour le remplacement complet du trajectrographe pour la phase 2 dite Haute Luminosité du LHC, l'accélérateur devant délivrer à partir de 2025 et pendant environ 10 ans une luminosité intégrée de 3000/fb.
