ATLAS
Le détecteur ATLAS fait partie des 5 expériences du Large Hadron Collider (LHC) du CERN pour la détection du boson de HIGGS.
Pour la détection de particules, ATLAS est doté de 4 couches: un détecteur interne, un calorimètre électromagnétique, un calorimètre hadronique et un détecteur de muons.
Le laboratoire OMEGA a été impliqué dès le début dans l'électronique de lecture du Calorimètre Electro-Magnétique à Argon liquide d'ATLAS, en particulier sur le design des circuits de lecture situés au plus près des cellules de détection (préamplificateurs très bas bruit et filtres de mise en forme). Plus tard, le laboratoire a développé et produit l'ASIC MAROC de lecture des photomultiplicateurs multi-anodes qui permettent de mesurer la luminosité.
Le laboratoire est maintenant impliqué dans le développement d'une nouvelle électronique de lecture pour la phase haute-luminosité du LHC (HL-LHC). En particulier, OMEGA a la responsabilité du design des ASICs nécessaires pour la calibration du calorimètre argon liquide (LADOC et CLAROC) ainsi que de l'ASIC de lecture ALTIROC du nouveau détecteur de mesure de temps (HGTD).
HGTD : High Granularity Timing Detector
Au milieu de la phase de Haute Luminosité d'ATLAS (vers 2030), le nombre d'interactions simultanées par croisement de paquets devrait atteindre 200 en moyenne. Chaque collision produit de nouvelles particules dont on mesure la trajectoire, ce qui par extrapolation permet de retrouver où la collision a eu lieu.
Cependant, avec ces nouvelles conditions d'empilement, le suivi des particules devient de plus en plus difficile. En effet, au sein d’une même collision de deux paquets, certaines collisions pourraient avoir eu lieu au même endroit mais à des moments différents. Il faut donc à la fois connaître le lieu et le moment précis de l’interaction afin de ne pas mélanger des particules issues de collisions distinctes dans le temps.
C’est pourquoi un nouveau détecteur HGTD (High Granularity Timing Detector) à base d’une nouvelle technologie de détecteurs silicium “LGAD” (Low Gain Avalanche Diode) va être installé à chaque extrémité du détecteur ATLAS afin de savoir à quelle collision correspondent les particules dont le passage aura aussi été identifié par le détecteur de pixels en silicium situé près du faisceau de protons.
OMEGA a la responsabilité du développement de l'ASIC ALTIROC, premier chip complet de lecture de ce nouveau type de détecteur.
Calibration du calorimètre électromagnétique
OMEGA est en charge de la génération de signaux très précis pour la calibration du Calorimètre Electromagnétique. En effet la précision d’un calorimètre dépend essentiellement de la reproductibilité de ses nombreux canaux de lecture. Une calibration est réalisée régulièrement pour pouvoir corriger la dispersion des voies de lecture. Pour cela, il faut pouvoir générer un signal semblable au signal de physique et reproductible à l’identique pour l’ensemble des voies de mesure du détecteur. Ces signaux de calibration sont obtenus par deux ASICs distincts. Le premier en technologie TSMC 130nm, appelé LADOC, intègre un DAC 16 bits en courant ainsi que tout le système de communication et de contrôle du circuit (lien I2C et décodage des signaux de commandes délivrés par le système d'acquisition). Le second ASIC en technologie XFAB SOI 180nm, appelé CLAROC, fournit les signaux de calibration sur la large gamme dynamique requise.
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