Après de longs mois de préparation, le groupe Instrumentation de faisceau, rayonnement et luminosité (BRIL – Beam Radiation Instrumentation and Luminosity) a fini d'installer les trois instruments de mesure de la luminosité et de contrôle des conditions du faisceau : un système de surveillance « rapide » des conditions du faisceau (BCM1F – Beam Condition Monitor “Fast”), un système de surveillance des conditions du faisceau pour les pertes (BCM1L – Beam Condition Monitor for Losses), et le télescope à luminosité à pixels (PLT). Ces trois sous-détecteurs constituent le sous-système BRIL, divisé en quatre modules. Chacun représente une nouvelle « génération » en termes de conception. En effet, le PLT et le BCM1F sont tous les deux basés sur des capteurs en silicium, tandis que le BCM1L utilise des capteurs à base de diamants polycristallins.

À CMS, il est important de mesurer le taux de collisions en temps réel afin d'optimiser le taux de déclenchement et la qualité des faisceaux fournis par le Grand collisionneur de hadrons (LHC). L'évaluation continue des conditions du faisceau est également essentielle pour protéger le LHC et les sous-détecteurs de CMS, qui sont particulièrement sensibles. Enfin, les mesures de luminosité agrégées doivent être examinées minutieusement, ce qui permet de connaître, lors de l'analyse des données recueillies à CMS, la fréquence de l'interaction.

La conception et la production de nouveaux composants, la caractérisation des capteurs, l'assemblage, les tests de résistance en fonction des cycles thermiques, la recherche de pannes, les réparations et d'autres tâches représentent plusieurs années d'un travail exigeant, qui s'est intensifié à l'approche de la fin du deuxième long arrêt (LS2). Les opérations de transport ont débuté le 5 juillet 2021, avant le lever du soleil.

Après avoir été placés séparément dans des caisses à l'intérieur desquelles de l'air sec a été injecté, les modules ont été délicatement chargés sur un véhicule spécial. Quelques jours auparavant, ils avaient été soigneusement préparés à être transportés. Pour l'occasion, chacun avait été baptisé d'un petit nom, à savoir : Calabrese, Capricciosa, Diavola et Margherita. Une fois descendus au fond de la caverne de l'expérience CMS, les modules ont été portés jusqu'à la plateforme du trajectographe au moyen d'une grue. Les instruments BRIL se trouvent à présent au cœur du détecteur CMS, à environ 1,8 mètre du point d'interaction, juste à côté du trajectographe à pixels aux petits angles.

L'un des changements les plus importants dans la conception des instruments a été la mise en place pour le BCM1F d'un nouveau circuit de refroidissement, qui est un élément essentiel pour un détecteur au silicium. Ainsi, le circuit de refroidissement du PLT a été modifié pour inclure une nouvelle boucle pour le BCM1F. Le circuit de refroidissement du BCM1F a été conçu selon la même approche que celle adoptée pour le PLT pendant la deuxième période d'exploitation, c’est-à-dire la structure de refroidissement a été réalisée par impression 3D dans un alliage de titane à l'aide de la technique de fusion laser sélective (SLM).

Les capteurs en silicium du BCM1F et trois de ceux utilisés dans l'un des canaux du PLT proviennent d'un lot destiné à l'amélioration de phase II de CMS en prévision du LHC à haute luminosité. « C'est la première fois que ces prototypes de capteurs en silicium à pixels seront installés dans CMS, raison pour laquelle toute la communauté est impatiente de voir comment ce matériau se comportera », explique Anne Dabrowski, chef du projet CMS BRIL.

Une fois installés, les sous-détecteurs BRIL ont été scellés par une cloison avec les sous-détecteurs en silicium à pixels et le trajectographe à rubans de CMS. Les travaux se concentrent à présent sur la mise en service complète de tous les systèmes BRIL en prévision des premiers faisceaux de la troisième période d'exploitation du LHC.

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Cet article a été originellement publié sur le site web de l'expérience CMS.