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La physique de l’infiniment grand l’infiniment petit

Un test marquant pour l’ILD

17 décembre 2021

Un prototype de calorimètre silicium-tungsène comprenant 15360 cellules dans 7 litres a été testé avec succès

2011 : Un prototype physique


Il y a une dizaine d’années, la collaboration CALICE avait démontré les très bonnes performances d’un calorimètre électromagnétique silicium–tungstène de 30 couches, à l’aide d’un prototype « physique » : des matrices de 36 diodes de 1×1 cm² collées sur des PCBs étaient lues à distance par des circuits analogiques et un châssis entier de cartes ADC, sur commande d’un signal extérieur (un scintillateur).

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Prototype physique (2005–2011) de 30 couches

2021 : Un prototype technologique


Dix ans de R&D des groupes de l’Omega, du LLR, de l’IJCLab et du LPNHE, et plus récemment de l’IFIC (Valencia), ont permis d’intégrer l’ensemble de l’électronique sur les PCBs au cœur du détecteur. La lecture est autodéclenchées par groupe de 64 cellules (capacité d’un ASIC de lecture) et l ’information stockées dans une petite mémoire locale. La sortie numérique s’effectue par un câble USB, via une carte d’interface de faible dimension (5 cm de largeur) et un module de commande et concentration. Les matrices de diodes sont plus large (9 vs 6 cm), et segmentées 4 fois plus finement (5×5 mm²) que dans le prototype physique.
Après des tests de quelques couches (2015 à 2019), puis plus d’un an de délai et 3 reports dus au COVID-19, nous avons finalement pu mettre 15 couches complètes (15360 cellules) dans un faisceau d’électrons de basses énergies (1 à 6 GeV) au DESY, et observer des gerbes complètes.
Nous avons accumulé plusieurs dizaines de millions d’événements... qu’il reste à analyser.

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Figure 2 : Prototype technologique de 15 couches, avec une orientation de 40° par rapport au faisceau, indiqué par la flèche rouge. Le volume sensible de 18×18×21 cm³, segmenté en 15360 cellules, est esquissé en bleu.
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Gerbe d’un électron de 4,8 GeV dans les 15 couches avec 10 X0 de tungstène. Chaque carré est une cellule de 5×5 mm². La couleur donne une indicatione de l’énergie déposée, en échelle arbitraire (non calibrée).
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