L'expérience ATLAS au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN est prête à entamer un nouveau chapitre dans sa recherche d'une nouvelle physique. Une mise à niveau significative de l'expérience, appelé la mise à niveau de la phase I de l'ATLAS des États-Unis, a reçu l'approbation Critical Decision-4 du département américain de l'Énergie (DOE), signifiant l'achèvement du projet et une transition vers les opérations.

"Cette étape nous permettra de repousser les limites de notre compréhension, suite à la découverte du boson de Higgs au CERN, qui lui a valu le prix Nobel de physique en 2013, " a déclaré le directeur du projet Jonathan Kotcher, un scientifique principal au laboratoire national de Brookhaven du DOE. "La réalisation de ce projet est une étape majeure dans la campagne de physique en cours à la frontière de l'énergie, qui intègre une technologie de pointe en matière d'accélérateurs et de détecteurs pour sonder les forces fondamentales et les particules de la nature. Nous sommes très enthousiastes à l'idée de nous tourner vers la physique et l'analyse des données que tout ce travail acharné a permis. »

Dirigé par Brookhaven Lab et Stony Brook University (SBU), la mise à niveau de phase I d'ATLAS aux États-Unis est la première étape d'une mise à niveau plus importante prévue pour le LHC, le projet HL-LHC (High Luminosity Large Hadron Collider). L'objectif est d'augmenter substantiellement la luminosité du LHC, permettre aux scientifiques de collecter 10 fois plus de données sur les collisions de particules, observer des processus très rares, et faire de nouvelles découvertes sur les éléments constitutifs de la matière. Mais d'abord, les expériences à long terme comme ATLAS devaient subir des mises à niveau initiales pour se préparer aux années à venir avant que le LHC ne passe au mode HL-LHC.

"L'expérience ATLAS est à la pointe de l'exploration et des découvertes en physique des particules de haute énergie depuis une décennie maintenant, " a déclaré Marc-André Pleier, chef de projet adjoint, un physicien à Brookhaven. "Bien que nous ayons beaucoup appris jusqu'à présent, notre compréhension actuelle de l'univers ne peut pas expliquer des phénomènes tels que la matière noire, énergie noire, ou l'asymétrie antimatière/matière. Fournir ces mises à niveau de détecteurs pour ATLAS nous permettra d'étudier des processus encore plus rares que jamais et de faire la lumière sur des coins mal compris ou inexplorés de notre compréhension du fonctionnement de l'univers. »

« La mise à niveau de la phase I d'ATLAS aux États-Unis impliquait la construction d'une électronique moderne pour remplacer les éléments vieillissants par des éléments plus efficaces, mais il a également fourni à l'expérience des fonctionnalités nouvelles et améliorées, " a déclaré le chef de projet Christopher Bee, un scientifique principal à SBU.

Spécifiquement, le projet s'est concentré sur trois composants d'ATLAS :le système de déclenchement/acquisition de données, le calorimètre à argon liquide, et le détecteur de muons vers l'avant (connu sous le nom de nouvelle petite roue). Combiné, les mises à niveau de ces trois composants permettront aux scientifiques de collecter des données plus efficacement et à des taux de collecte de données plus élevés.

"Chaque seconde, il y a plusieurs milliards d'événements de collision proton-proton détectés par ATLAS, mais seulement quelques centaines sont enregistrées, " dit Bee. Ces événements sont sélectionnés par le système de déclenchement, qui passe au crible une multitude d'événements inintéressants pour trouver ceux qui peuvent pointer vers une nouvelle physique ou des événements rares du modèle standard. "Le système d'acquisition de données déplace les données du détecteur à travers le système de déclenchement, puis il met les événements sélectionnés en stockage pour une analyse plus approfondie. Les mises à niveau de ce système amélioreront sa capacité à sélectionner des événements clés."

Les mises à niveau de l'électronique du calorimètre augmenteront la précision des données provenant du détecteur du calorimètre. La nouvelle petite roue améliorera considérablement la capacité de déclenchement et l'efficacité d'ATLAS pour les événements avec des muons, particules subatomiques connues sous le nom de « cousins ​​​​lourds » des électrons.

"Dans les premières exécutions de l'expérience, le déclencheur de muons avait un taux de « faux » muons substantiel, ", a déclaré Pleier. "C'était donner le 'OK' d'accepter une grande partie des événements qui n'étaient pas intéressants. L'objectif principal de la nouvelle petite roue est de réduire considérablement le taux de faux déclenchement."

12 universités américaines et le laboratoire national d'Argonne du DOE ont collaboré avec Brookhaven Lab et SBU pour terminer la mise à niveau de la phase I de l'ATLAS des États-Unis dans les délais et dans les limites du budget. Ce projet de mise à niveau de 44 millions de dollars a été soutenu par le DOE (33 millions de dollars) et la National Science Foundation (NSF) (11 millions de dollars).

"Nous apprécions beaucoup le soutien du DOE et de la NSF qui nous a permis d'atteindre nos objectifs en aidant à préparer ATLAS pour un avenir radieux, " a déclaré Bee. "Nous sommes impatients de capitaliser sur les nouvelles opportunités scientifiques permises par ces mises à niveau."