Activités d’enseignement et de recherche du laboratoire de ...
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Activités d’enseignement et de recherche du laboratoire de Physique des Hautes Energies présentées par Olivier Schneider aux étudiants en physique de 3ème année Offre du LPHE aux étudiants du cycle master en physique: – cours à option – travaux pratiques (TP4) – projets de master Laboratoire de Physique des Hautes Energies Ecole polytechnique fédérale de Lausanne Présentation du LPHE: – qui ? où ? pourquoi ? comment ? – sujets et projets de recherche 2 mars 2010 O. Schneider, 2 mars 2010 Présentation LPHE et offre cycle master 2 Laboratoire de Physique des Hautes Energies ! Physique expérimentale des particules — Expériences dans le cadre de grandes collaborations internationales • LHCb au CERN (Genève, Switzerland), collisions pp • Belle au KEK (Tsukuba, Japon), collisions e + e – • IceCube (pôle sud), interactions de neutrinos dans la glace • PEBS (ballon stratosphérique), composition des rayons cosmiques — Développement/construction de détecteurs et analyse des données à l’EPFL ! ~ 30 chercheurs, dont — ~15 assistants-doctorants — 7 enseignants: • Prof. A. Bay • Prof. T. Nakada • Prof. O. Schneider • Prof. boursier FN M. Ribordy • MER Dr M.-T. Tran • Dr F. Blanc • Dr G. Haefeli BSP (=Cubotron), 6ème étage + labos 2ème étage EPFL/SB/IPEP/LPHE
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Activités d’enseignement et de recherche !du laboratoire de Physique des Hautes Energies"
présentées par Olivier Schneider"aux étudiants en physique de 3ème année"
Offre du LPHE aux étudiants du cycle master en physique:"
!– cours à option!
!– travaux pratiques (TP4)!
!– projets de master!
Laboratoire de Physique des Hautes Energies"Ecole polytechnique !fédérale de Lausanne!
Présentation du LPHE:"
!– qui ? où ? pourquoi ? comment ?!
!– sujets et projets de recherche!
2 mars 2010!
O. Schneider, 2 mars 2010! Présentation LPHE et offre cycle master! 2!
Laboratoire de Physique des Hautes Energies!
!! Physique expérimentale des particules!—!Expériences dans le cadre de grandes collaborations internationales!
•! LHCb au CERN (Genève, Switzerland), collisions pp!
•! Belle au KEK (Tsukuba, Japon), collisions e+e–!
•! IceCube (pôle sud), interactions de neutrinos dans la glace!
•! PEBS (ballon stratosphérique), composition des rayons cosmiques!
—!Développement/construction de détecteurs et analyse des données à l’EPFL!
!! ~ 30 chercheurs, dont!—!~15 assistants-doctorants!
—!7 enseignants:!•! Prof. A. Bay!
•! Prof. T. Nakada!
•! Prof. O. Schneider!
•! Prof. boursier FN M. Ribordy!
•! MER Dr M.-T. Tran!
•! Dr F. Blanc!
•! Dr G. Haefeli!
BSP (=Cubotron), 6ème étage + labos 2ème étage!
EPFL/SB/IPEP/LPHE!
O. Schneider, 2 mars 2010! Présentation LPHE et offre cycle master! 3!
Cours sous la responsabilité du LPHE!sauf cycle propédeutique!
!!Année 2009–2010:!
—!chaque cours est à option, sauf le cours du 5ème semestre!
—!2C+1E = 3 crédits ECTS, 2C+2E = 4 crédits ECTS!
Titre du cours Semestre Heures/sem Enseignant
Physique nucléaire et corpusculaire I Bachelor 5 2C + 2E O. Schneider
Physique nucléaire et corpusculaire II Bachelor 6 2C + 1E O. Schneider
Physics of atoms, nuclei and elementary particles Master 1 2C + 2E T. Nakada
Particules élémentaires I Master 1 2C + 2E A. Bay
Particules élémentaires II Master 2 2C + 2E A. Bay
Particle detection Master 2 2C + 2E G. Haefeli
Chapitres choisis de physique nucléaire et corpusculaire Master 2 2C + 2E A. Bay, F. Blanc,
M.T. Tran,
Introduction à la physique des astroparticules Master 2 2C + 2E M. Ribordy,
A. Neronov
O. Schneider, 2 mars 2010! Présentation LPHE et offre cycle master! 4!
Travaux pratiques (TP4): semestre d’automne!
Conception, construction et mise en œuvre !
d’une (petite) expérience complète de !
physique des particules ou noyaux:"
—!Accélérateur Van de Graaf : !étude d’une réaction nucléaire"
—!Muons cosmiques : !mesure de la durée et du moment magnétique du muon"
—!Spectromètre ! : !étude des spectres de différentes sources radioactives !, !et «#mesure#» de la masse du neutrino "
http://lphe.epfl.ch/fran/enseigne/tp4/!
http://lphe.epfl.ch/engl/enseigne/tp4/!
TP « conventionnels »
par groupe de 2 étudiants (aussi pour « théoriciens »)
O. Schneider, 2 mars 2010! Présentation LPHE et offre cycle master! 5!
Etude de la diffusion élastique p + 12C " p + 12C!
Diffusion élastique de protons sur une cible de carbone 12!
"! à 424 keV dans le centre de masse, on observe la résonance associée au niveau de 2.365 MeV de l’azote 13!
2.365
p +12C
13N
13N*
0.
424 keV
E (MeV)! —!Etude de la théorie de la diffusion!
—!Mise en oeuvre de l'accélérateur, de la ligne de faisceau et de l'acquisition des données!
—!Préparation des cibles!
—!Mesure de la section efficace différentielle et analyse du déphasage de l'onde S en fonction de l'énergie!
O. Schneider, 2 mars 2010! Présentation LPHE et offre cycle master! 6!O. Schneider, 8 septembre 2008! Présentation LPHE et offre cycle master! 6!
aimants!focalisation!
Accélérateur Van de Graaf!
O. Schneider, 2 mars 2010! Présentation LPHE et offre cycle master! 7!
Mesure du moment magnétique du muon !
Les muons cosmiques sont partiellement polarisés!"! on les stoppe dans une plaque de cuivre et on "
les fait précesser dans un champ magnétique "avant qu’ils ne se désintègrent selon!
"! la désintégration faible favorise l’émission "des positons parallèlement à la direction de "polarisation des muons; la distribution "angulaire dépend alors du temps selon!
—!Etude de la théorie des interactions faibles leptoniques!
—!Mise en oeuvre de l’expérience!
—!Acquisition des données!
—!Analyse!
!
µ+" e
+#e# µ
N(t) # exp{-t/$}[1 + A cos(%t + &)]!
précession de Larmor: % = geB/2mc!
O. Schneider, 2 mars 2010! Présentation LPHE et offre cycle master! 8!
Mesure du moment magnétique du muon !
cuivre
PMT's
µ cosmiques DAQBe!
Bobines de Helmoltz!
Mesure temps propre:!
«#Start#» = arrivée muon: "
!a et b et non-c et non-d!
«#Stop#» = désintégration muon: "
!(a et b et non-c et non-d)"
! !ou bien"
!(non-a et non-b et c et d)!
a!b!
c!d!
O. Schneider, 2 mars 2010! Présentation LPHE et offre cycle master! 9!
Spectromètre ! à double focalisation!
—!Mise en oeuvre de l’expérience!
—!Acquisition des données!
—!Analyse («#mesure#» de la masse du neutrino)!
O. Schneider, 2 mars 2010! Présentation LPHE et offre cycle master! 10!
TP4: semestre de printemps!
Familiarisation avec quelques techniques modernes de la physique
des particules ou de ses applications (détecteurs, informatique)
en relation avec les recherches du LPHE"
—!Sujets variables d’une année à l’autre !
—!Souvent une préparation en vue du projet de master !
Participation à la recherche en cours au LPHE"
—!Insertion individuelle dans une équipe de chercheur!
—!Pour un/e étudiant/e en 3ème année en 2009–2010: !"" projet de master au semestre d’automne 2011"
Projet de master!Le TP4 de printemps
et le projet de master peuvent avoir un
caractère scientifique ou technique
O. Schneider, 2 mars 2010! Présentation LPHE et offre cycle master! 11!
Recherche au LPHE en 2010–2012!
!! Expérience LHCb au CERN!—!acquisition des données:!
—!calibration et maintenance des détecteurs sous la responsabilité du LPHE!
—!analyse des données et publication des résultats!
!! R&D électronique d’acquisition et détecteurs à fibres scintillantes!—!développement de nouveaux détecteurs pour une future expérience de
physique des particules!
—!projet d’amélioration du «#tracker#» de l’expérience LHCb!
—!préparation expérience PEBS (Positron Electron Ballon Spectrometer), construction d’un calorimètre!
!! Expérience IceCube au pôle sud:!—!analyse des données et publication des résultats!
—!R&D!
!! R&D télescope Cherenkov !—!détection de rayons gamma de haute énergie!
O. Schneider, 2 mars 2010! Présentation LPHE et offre cycle master! 12!
Expérience LHCb!Collaboration internationale:!
!~730 scientifiques et techniciens!
!de 54 institutions dans 15 pays!
Préparation de 1997 à 2009!
Exploitation de 2010 à 2020 (?)!
Recherche indirecte de
«#nouvelle physique#»:!
!– violation de CP
! dans les mésons B!
!– désintégrations
! rares de B!
O. Schneider, 2 mars 2010! Présentation LPHE et offre cycle master! 13!
L’expérience démarre !!
VELO!
VELO!
Collision proton-proton à
$s = 0.9 TeV enregistrée
par LHCb le 15 décembre
2009 à 01h20!
Le LHC démarre ce printemps, "
pour un run de ~18 mois à une
énergie de $s = 7 TeV!
Expérience prête!
Le LPHE a construit et développé:!
– électronique d’acquisition!– Inner Tracker!
O. Schneider, 2 mars 2010! Présentation LPHE et offre cycle master! 14!
R&D pour expériences futures!
!! Recherche et développement:!—!Electronique d’acquisition!
•! 10 fois la bande passante de la carte TELL1 developpée pour LHCb !
—!Détecteurs utilisant des fibres scintillantes:!•! lecture par photo-multiplicateurs au silicium à plusieurs canaux "
(multi-channel SiPM)!
•! optimisation du couplage optique et de l’efficacité de détection!
!! Applications:!—!“Tracker” à fibres pour améliorer l’expérience LHCb (dans moins 3 ans ?)!
•! fibres espacées de ~ 250 microns pour remplacer les détecteurs au Si!
—!Calorimètre à fibres pour PEBS (Positron Electron Ballon Spectrometer) !
—!A plus long terme: !•! détecteurs à fibres et électronique d’acquisition dans une future grande expérience
à un prochain collisionneur!
O. Schneider, 2 mars 2010! Présentation LPHE et offre cycle master! 15!
~3 m!
PAMELA!
other experiments!
conventional models!
PEBS 20-day flight (2014)!
dark
-matter an
nih
ilation!
Energy (GeV)"
posi
tron
s/(e
lect
ron
s+p
osi
tron
s)"
!! Positron-Electron Balloon Spectrometer:!—!Spectromètre embarqué sur un ballon
stratosphérique pour mesurer les flux de positons et électrons dans les rayons cosmiques jusqu’à 1 TeV!
—!Premier vol autour du pôle nord en 2014!
!! LPHE:!—!calorimètre électromagnétique
(ECAL) avec fibres scintillantes!
—!lecture et acquisition avec des photo-multiplicateurs au silicium!
Projet PEBS!
O. Schneider, 2 mars 2010! Présentation LPHE et offre cycle master! 16!
Expérience IceCube!
!!But:!—!Détection de neutrinos d’origine "
galactique et extra-galactique!•! E ~ 1011–1021 eV!
!!Détecteur IceCube:!—!86 chaînes de 60 PMs chacune"
installées dans la glace (entre "1.5 et 2.5 km de profondeur)"+ 80 stations de surface!
•! 59 (79) chaînes actuellement "utilisées (déployées)!
•! IceCube complet en février 2011!
!!Activités LPHE:!—!analyse des données!
—!R&D pour la détection acoustique!
