Un système inédit de détection de particules ouvre la voie à des techniques de lecture et des technologies de cloud computing de pointe
Les accélérateurs et les détecteurs de particules nous ont aidés à comprendre la nature fondamentale de l’Univers. Le collisionneur électron-positron de Pékin (BEPCII), qui abrite le spectromètre de Pékin (BESIII) et son détecteur Inner Tracker (IT), fait partie des expériences actuelles en physique des particules. Après plus d’une décennie de service, le BESIII IT a besoin d’être modernisé. Entrepris avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie, le projet BESIIICGEM, financé par l’UE, a pour objectif de développer une solution à cet égard. Un obstacle potentiel qui suscite une innovation plus forte BESIIICGEM s’est concentré sur le développement d’un détecteur CGEM-IT (Cylindrical Gas Electron Multiplier Inner Tracker) pour le BESIII. Dans ce domaine situé aux frontières de la détection de particules, il n’y avait à l’époque qu’un seul CGEM-IT opérationnel, fonctionnant dans un champ magnétique de 0,5 tesla. Marco Maggiora, coordinateur du projet, explique: «La mise au point d’un prototype innovant a mené à une découverte déconcertante. La technologie GEM s’est avérée inutile pour les champs magnétiques intenses (au-delà de 0,5 T). Ça a été un coup très dur, un obstacle potentiellement rédhibitoire. En gros, le CGEM-IT aurait été inutile.» Au lieu de mettre un terme aux ambitions du projet, cette découverte a conduit à une refonte complète de son programme et de son calendrier, impliquant une prolongation de deux ans tout en facilitant des innovations significatives dont la valeur s’est avérée, de manière inattendue, inestimable. Des technologies polyvalentes de détection de particules et d’exploitation de données Les champs magnétiques importants perturbent la symétrie spatiale de l’“avalanche” de particules dans les détecteurs GEM, réduisant ainsi leur résolution. BESIIICGEM a développé un CGEM-IT comprenant trois couches de GEM triples de forme cylindrique agissant comme des détecteurs individuels de type chambre à dérive (TPC) ainsi qu’une électronique front-end (FEE) personnalisée et innovante pour extraire leurs signaux. La lecture d’un GEM faisant office de TPC, en exploitant les informations temporelles précises issues de la FEE, permet une reconstruction très précise de la trajectoire des particules, même dans des champs magnétiques importants. La phase d’extraction a donc constitué la clé de la solution. L’équipe a mis au point le TIGER (Turin Integrated Gem Electronics for Readout), un circuit intégré à application spécifique (ASIC) conçu sur mesure qui constitue le cœur de la FEE et l’un des développements les plus significatifs du projet. BESIIICGEM s’intéresse à l’utilisation du TIGER pour la lecture d’autres types de détecteurs et de capteurs destinés à des applications satellitaires, médicales, entre autres. Les applications médicales se sont développées à un rythme stupéfiant. Comme prévu, les partenaires ont déployé des techniques informatiques avancées pour traiter ces quantités considérables de données. Le partage des richesses Les techniques sur lesquelles repose la lecture TPC des détecteurs GEM ont été largement diffusées et adoptées dans d’autres scénarios expérimentaux. Le TIGER constitue un développement à forte valeur ajoutée et BESIIICGEM le met à la disposition d’autres collaborations à un tarif relativement modique, qui englobe les coûts d’utilisation. Pour rendre les techniques informatiques de pointe accessibles aux petites entreprises qui manquent de main-d’œuvre et d’expertise en cloud computing, les scientifiques ont développé des outils «automatiques» simples permettant de déployer et de gérer des infrastructures (micro-)cloud. Distribués sur des périphériques USB, ces outils ont déjà été adoptés dans le cadre de plusieurs collaborations académiques et pourraient bientôt renforcer la compétitivité des petites et moyennes entreprises (PME). Le consortium, rejoint par de nouveaux partenaires, a demandé – et obtenu – une nouvelle subvention afin de poursuivre sur sa lancée. Attendez-vous à voir les résultats de BESIIICGEM s’étendre bien au-delà du domaine de la physique des particules, dans un large éventail d’applications allant de l’imagerie médicale à la sécurité intérieure.
Mots‑clés
BESIIICGEM, Cylindrical Gas Electron Multiplier (CGEM-IT), détection, détection de particules, champ magnétique, informatique, spectromètre de Pékin (BESIII), cloud, lecture, TIGER, ASIC, physique, imagerie médicale
