CMS (expérience)

CMS (expérience)
Nom	CMS (expérience)
Acronyme	CMS
Pays	Suisse
Site	CERN, Genève
Directeur	Tatsuya Nakada
Institution	CERN
Début	1992
Énergie	13–14 TeV
Type	Détecteur de collisionneur

CMS (expérience)

Le détecteur CMS est une expérience de physique des particules située au CERN près de Genève conçue pour étudier les collisions proton-proton et heavy-ion produites par le Grand collisionneur de hadrons (LHC). L'expérience rassemble des collaborations internationales issues d'institutions comme le Fermilab, le DESY, le SLAC National Accelerator Laboratory, l'University of Cambridge et l'Université de Tokyo pour rechercher de nouveaux phénomènes tels que le boson de Higgs, la supersymétrie et la matière noire. CMS opère en parallèle avec d'autres expériences comme ATLAS, LHCb et ALICE et joue un rôle central dans les découvertes récentes en physique des hautes énergies.

Contexte et objectifs

L'initiative de CMS s'inscrit dans le prolongement des recherches menées par des laboratoires tels que le CERN, le Fermilab, le Brookhaven National Laboratory et le DESY afin d'explorer l'électrofaible et la chromodynamique quantique à des énergies inédites. Les objectifs incluent la mesure précise des propriétés du boson de Higgs, la recherche de particules prédites par les théories de supersymétrie étudiées par des groupes de l'Université d'Oxford et du Massachusetts Institute of Technology, ainsi que la quête d'indices de matière noire évoqués par des collaborations entre l'Institut Max Planck de physique et l'IN2P3. CMS vise également à contraster ses résultats avec ceux d'ATLAS et à fournir des tests de précision du Modèle standard au-delà des energies atteintes par le Tevatron.

Conception expérimentale

La conception de CMS combine un calorimètre électromagnétique en cristaux de [BGO?] (réalisé en collaboration avec les équipes du Princeton Plasma Physics Laboratory, du CEA Saclay et du Laboratoire Rutherford) et un calorimètre hadronique, entourés d'un aimant supraconducteur de grande taille développé en partenariat avec le CERN et le CEA. L'architecture emploie une chambre à muons indépendante utilisant des technologies dérivées de recherches menées au SLAC et au DESY, tandis que le système de traqueurs repose sur des détecteurs à pixels et microstrip fournis par des groupes du Lawrence Berkeley National Laboratory, de l'Université de Californie, Berkeley et de l'Université Paris-Sud. Le design modulaire a permis des intégrations conjointes avec les infrastructures de cavernes et puits construites lors des programmes originaux du LHC.

Détection et instrumentation

Les composants majeurs incluent un calorimètre électromagnétique en plomb tungstate développé avec des contributions de l'Institut de physique nucléaire d'Orsay, un volume de traqueur entièrement siliconé fabriqué par des équipes du CERN, du Fermilab et de l'Université de Manchester, et un système de muons employant des chambres à dérive et des détecteurs à câbles résistifs étudiés avec le National Institute of Standards and Technology. L'électronique frontale et les systèmes d'acquisition des données ont été co-conçus avec des partenaires comme le Laboratoire national d'Oak Ridge et le CERN IT. CMS intègre aussi des systèmes de refroidissement et d'alignement tirant parti des travaux de l'Université de Milan et du Max Planck Institute for Physics.

Analyse des données et méthodes

L'analyse des millions de collisions par seconde repose sur des chaînes de reconstruction développées conjointement par des équipes du CERN, du Fermilab, du KEK et de l'Université d'Harvard, utilisant des techniques de sélection déclenchée issues d'études antérieures menées au Tevatron et au LEP. Les méthodes statistiques appliquées incluent des outils élaborés par des groupes du Brookhaven National Laboratory, du Lawrence Livermore National Laboratory et de l'Imperial College London pour l'estimation d'arrière-plan et la détermination d'incertitudes systématiques. Les analyses search/comparative confrontent des signaux simulés via des codes produits par le CERN et des collaborations logicielles impliquant le European Grid Infrastructure et le Open Science Grid.

Résultats et interprétation

CMS a contribué à la découverte du boson de Higgs en 2012 en collaboration avec ATLAS, fournissant des mesures de masse et de couplages compatibles avec les prédictions du Modèle standard. Les analyses menées par des équipes du Fermi National Accelerator Laboratory et de l'Institut de physique des hautes énergies ont restreint l'espace paramétrique de modèles de supersymétrie et de scénarios de matière noire, et ont produit des limites sur des particules exotiques envisagées par des théoriciens affiliés au Princeton University et au California Institute of Technology. CMS a aussi publié des résultats sur la production de quarks lourds, la diffusion élastique et les correlations collectives en collisions heavy-ion comparées aux observations d'ALICE.

Impact et développements ultérieurs

L'impact de CMS s'étend aux collaborations scientifiques internationales comme le CERN, le Fermilab et le DESY et influence des programmes de physique au sein de l'Agence spatiale européenne et du Department of Energy. Les développements ultérieurs incluent des mises à niveau du détecteur pour la phase haute-luminosité du LHC en collaboration avec des équipes du Brookhaven National Laboratory, de l'Université de Genève et du Centre national de la recherche scientifique. Les techniques instrumentales et informatiques développées pour CMS continuent d'alimenter des projets au Keck Observatory, au Square Kilometre Array et dans des initiatives de calcul distribué portées par le European Grid Infrastructure.

Category:Expérience du CERN Category:Physique des particules