Le collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC) du Brookhaven National Laboratory permet de recréer un état de la matière qui a prévalu très peu de temps après le big-bang, à de très fortes températures et pressions : le plasma de quarks et de gluons. Les physiciens souhaiteraient comprendre comment les interactions sous-jacentes de ses constituants font émerger sa nature fortement couplée.
Pour en savoir plus, ils ont construit l'expérience sPHENIX auprès du RHIC. Elle est équipée d'une chambre à projection temporelle (TPC) contenant du gaz que les particules traversent et ionisent, en laissant des « traces ». Or, le nombre important de particules créées lors des collisions entraîne une augmentation importante de la charge d'espace à l'intérieur de la chambre et provoque des distorsions du champ électrique qui affectent la qualité de la reconstruction des trajectoires particulaires.
Pour pallier ce défaut, le CEA-Irfu a développé le détecteur de particules TPOT, situé sous le premier trajectographe. TPOT fournit des points de mesures supplémentaires, après que les particules aient traversé la chambre, ce qui permet une reconstruction plus précise des trajectoires.
interne composé des détecteurs INTT (cercles jaunes) et
MVTX (verts)
et un des huit modules du détecteur TPOT.
Un détecteur fiable et compact, développé en un temps record
TPOT a été intégré à sPHENIX avec de nombreuses contraintes, notamment de délais. En effet, le RHIC doit prochainement être arrêté avant sa transformation en collisionneur électron-ion (EIC) dont la mise en service est prévue à partir de 2030. Par ailleurs, les concepteurs de TPOT ont dû s'adapter à l'espace disponible et viser une fiabilité maximale car le détecteur n'est plus accessible, une fois l'expérience assemblée.
Ainsi, l'Irfu a pu développer TPOT en moins de deux ans, de la conception en novembre 2021 à son intégration à l'expérience en août 2023. La première phase d'acquisition des données s'est déroulée en 2024 avec des collisions proton-proton à 200 GeV et sera complétée en 2025 par des collisions sur faisceaux d'or (Au+Au), à la même énergie.
Cette collaboration permettra aux physiciens de l'Irfu de participer à l'exploitation de sPHENIX au cours des prochaines années.
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