Le Grand collisionneur de hadrons à haute luminosité (HL-LHC) entrera en service pour une dizaine d'années à partir de 2030. Il fournira dix fois plus de données que celles recueillies en 2010-2026, ce qui rendra accessibles des phénomènes de plus en plus rares. L'un des objectifs ultimes des physiciens est l'observation de la production simultanée de deux bosons de Higgs. « Cette observation devrait apporter un nouvel éclairage sur une propriété fondamentale du boson de Higgs : sa capacité à s'auto coupler », indiquent Fabrice Couderc et Fabrice Guilloux du CEA-Irfu.
Le LHC haute luminosité verra le nombre moyen de collisions par croisement de faisceaux de hadrons (taux d'empilement) augmenter d'un facteur 5. Il deviendra plus difficile de déceler les collisions susceptibles d'être intéressantes, dans un « océan » de collisions dont la plupart est sans intérêt.
Le pari du temps
Pour pallier cette difficulté, la collaboration CMS fait le pari de la 5e dimension : le temps. Outre l'énergie et la localisation des particules, les détecteurs de nouvelle génération de CMS fourniront leur horaire de passage, avec des précisions jamais atteintes : quelques dizaines de picosecondes (10-12 s).
L'Irfu joue un rôle moteur dans la jouvence de différents détecteurs de CMS, notamment via la conception et la production de circuits imprimés critiques à la mesure de l'heure de passage des particules :
- la mise à jour du système de monitoring laser et de l'électronique frontale du calorimètre central ECAL (Electromagnetic Calorimeter) qui, en plus du temps de passage, permet de mesurer précisément l'énergie des particules ;
- le développement de l'électronique du calorimètre situé dans les parties avant de CMS (HGCAL, High-Granularimetry Calorimeter) ;
- la conception du système de distribution d'horloge pour les détecteurs HGCAL et MTD.
Ces circuits imprimés sont désormais en phase de production.