II.A-2.ii Les2+ 2 +2 exp´eriences aupr`es du LHC . . . 41 II.A-2.iii Prise de donn´ees au LHC de fin 2009 `a fin 2012 . . . 42
II.B ALICE, de la collaboration `a l’analyse. . . 44
II.B-1 La collaboration ALICE dans son ensemble . . . 44
II.B-2 Le d´etecteur ALICE . . . 46 II.B-2.i Vue d’ensemble du d´etecteur ALICE . . . 46 II.B-2.ii Inner Tracking System, ITS et SPD, SDD, SSD . . . 48
II.B-2.iii Time Projection Chamber, TPC . . . 50 II.B-2.iv D´etecteur VZERO . . . 52 II.B-2.v Caract´eristiques majeures de la partie centrale : seuil
de d´etection et identification de particules . . . 52
II.B-3 La reconstruction d’´ev´enement . . . 55 II.B-3.i Reconstruction du vertex primaire . . . 55 II.B-3.ii Reconstruction des traces . . . 56 II.B-3.iii Performances et sp´ecificit´es de la reconstruction . . . 57
II.B-4 Une identification de particule, le PID de la TPC . . . 59
II.B-5 L’environnement Offline d’ALICE . . . 62 II.B-5.i AliRoot, particularisation de ROOT pour ALICE . . . 62 II.B-5.ii Calcul distribu´e : grille de calcul . . . 63 II.B-5.iii Donn´ees ALICE et formats : RAW, ESD, AOD . . . 64 II.B-5.iv Donn´ees r´eelles et Monte Carlo . . . 65
L’objet de ce chapitre est de pr´esenter le contexte de th`ese dans ses as-pects “organisationnels” et techniques. Il va s’agir dans un premier temps de passer du cadre g´en´eral au contexte rapproch´e, soit glisser de l’organi-sation qu’est le CERN `a la collaboration ALICE, en passant par le projet LHC. De l`a, le contexte plus imm´ediat d’ALICE sera pr´esent´e, en insistant sur deux points : ALICE en tant que collaboration, ALICE en tant que dispositif exp´erimental. On pourra alors rebondir sur la reconstruction des collisions et les outils de traitement hors-ligne (Offline) mis en place pour l’exploitation des donn´ees.
II.A Le complexe du CERN et le projet LHC
II.A-1 Le CERN
II.A-1.i Pr´esentation de l’Organisation
Le CERN est une organisation de recherche civile consacr´ee `a la physique des hautes ´energies (HEP). Elle est situ´ee `a la fronti`ere franco-suisse, dans la proche banlieue de Gen`eve, sur la commune suisse de Meyrin. La figure
II.1donne un aper¸cu des deux principaux sites de l’organisation et de leur situation g´eographique.
L’institution en soi m´erite que l’on s’y attarde quelques lignes. – Le CERN est une institution suffisamment connue pour que son nom ait un
II.A. COMPLEXE DU CERN ET PROJET LHC 37
Figure II.1 – Vue a´erienne du CERN. On peut voir le site principal bas´e `a Meyrin (M), le site secondaire bas´e `a Pr´evessin (P) ainsi que l’emplacement des exp´eriences ATLAS (point 1), ALICE (point 2) et LHCb (point 8). Les deux anneaux souterrains du SPS et du LHC sont mat´erialis´es ici par les cercles jaune et beige, respectivement.
certain ´echo aupr`es du grand public et, de surcroˆıt, fournisse mati`ere assez in´edite aux magistrats [JBWS00,Joh09] ... Le CERN `a lui seul draine pr`es de la moiti´e de la communaut´e HEP dans le monde (soit, environ 10 000 personnes), ce qui fait de l’institut un pˆole incontournable en la mati`ere. Pour autant, on ne peut affirmer que la physique des hautes ´energies se r´esume `a ce seul centre ; une telle d´eclaration serait erron´ee, et ce, `a plus d’un titre. Il est sans doute plus juste, en revanche, d’y voir une institution qui `a la fois acquiert et fa¸conne certains traits propres au domaine de recherche. L’institution apparaˆıt de fait comme un bon point d’entr´ee pour appr´ehender le quotidien – assez sp´ecifique – de la physique des particules.
Pour illustrer cela, deux articles peuvent ˆetre ici mis en avant : [Sch04] et [Mer10].
Le premier r´esume en peu de lignes les caract´eristiques principales du CERN. On y retrouve trois aspects majeurs : 1) un lieu de recherche o`u
science fondamentale confine aux performances technologiques ; 2) un rap-port entre l’organisation et les laboratoires partenaires d´eclin´e sous un mode particulier : “l’infrastructure, au CERN et l’exploitation scientifique, aux instituts partenaires f´ed´er´es en collaborations” ; 3) les collaborations qui se construisent au gr´e des contributions des groupes associ´es, chacun interve-nant `a hauteur de ses capacit´es financi`eres et humaines, sur la base d’un int´erˆet scientifique.
Le second article aborde le CERN sous l’angle de sa sociologie. En pre-nant les t´emoignages de diff´erents sociologues1 ou, plus directement, de physiciens de l’institution, l’article ´evoque la structure en collaborations et ses cons´equences pratiques. Cons´equences sur le fonctionnement, sur la pro-duction scientifique, sur le rapport entre le collectif et la personne, `a l’heure o`u les collaborations ont sans doute atteint les limites de ce que l’on peut concevoir en terme de population.
II.A-1.ii Les missions du CERN et l’aspect
internatio-nal
En termes d’objectifs, le CERN se donne quatre missions principales : une mission de recherche, de technologie, de collaboration et d’´education. Ces missions restent dans la ligne d´efinie il y a de cela 58 ans, dans l’Article II de la Convention fondatrice du CERN [CERd]. C’est ce que l’on retrouve par ailleurs en filigrane `a la lecture des divers t´emoignages et tribunes r´epertori´es sur [CERf] et [CERg].
Il faut peut-ˆetre insister ici sur l’articulation “gigogne” entre ces mis-sions : si les mismis-sions de recherche et de d´eveloppement technologique sont les missions-phares, les deux autres missions n’en restent pas moins les deux missions-socles. C’est parce qu’il y a un devoir de formation et cette obli-gation de coop´eration et d’´echange entre les groupes que le CERN peut r´epondre `a ses deux missions naturelles. Le succ`es de la recherche fonda-mentale entreprise ici d´epend de la facult´e `a franchir les limites technolo-giques en vue de l’exp´erimentation et cette facult´e d´epend elle-mˆeme de la collaboration instaur´ee.
`
A ce stade, il est bon de rappeler la coloration internationale de ces collaborations. C’est un aspect majeur de l’organisation. En effet, d`es sa cr´eation en 1953, le CERN fut fond´e sur une base europ´eenne. Dans l’ar-ticle [DR08], Fran¸cois de Rose ´evoque la cr´eation du CERN ; il y offre son t´emoignage en tant que diplomate fran¸cais ayant pr´esid´e les d´ebats relatifs `
a la naissance de l’institution. De Rose ´evoque ses discussions avec Robert Oppenheimer, comment ce dernier lui a sugg´er´e l’id´ee mˆeme de ce qui de-viendra le CERN : un institut europ´een de physique fondamentale, favorisant
II.A. COMPLEXE DU CERN ET PROJET LHC 39 la collaboration entre les nations du vieux continent. Au fil des lignes, on mesure le rˆole important des ´Etats-Unis dans l’entreprise, on d´ecouvre com-bien la mutualisation des moyens n’´etait pas une ´evidence dans le contexte de l’apr`es-guerre et comment les r´eticences initiales se sont estomp´ees au cours des discussions.
Ces tractations d´ebouchent en juillet 1953 sur la convention du CERN, ratifi´ee par 12 ´etats fondateurs : la Belgique, le Danemark, la France, la Gr`ece, l’Italie, la Norv`ege, les Pays-Bas, la R´epublique F´ed´erale d’Alle-magne, le Royaume Uni, la Su`ede, la Suisse et la Yougoslavie.
Aujourd’hui, vingt ´Etats europ´eens sont membres permanents du CERN. Mais au-del`a de ce socle, l’organisation d´epasse d´esormais le seul continent europ´een : elle voit ´egalement la participation de parties nonmembres -´
Etats ou institutions - qui ont le statut d’observateurs. La Commission europ´eenne, l’Inde, Isra¨el, le Japon, la F´ed´eration de Russie, la Turquie, l’UNESCO et les ´Etats-Unis d’Am´erique ont par exemple ce statut.
II.A-2 Le projet LHC : acc´el´erateur et exp´eriences
Aujourd’hui, le CERN se d´efinit principalement autour du projet LHC, le Large Hadron Collider. Bien que le centre de recherche ne se r´esume pas exclusivement `a cela, il en constitue une part cruciale.