Calorimétrie et photo-détection
Responsable du WP: Mathieu Bongrand
Les photodétecteurs sont utilisés dans presque tous les grands détecteurs des expériences de physique des hautes énergies : des expériences sur la matière noire et les neutrinos aux détecteurs du LHC, ainsi qu’en physique des astroparticules et nucléaire. En outre, ils jouent également un rôle majeur dans le domaine de l’instrumentation de diagnostic médical.
L’application la plus courante des photodétecteurs est la lecture de la lumière des scintillateurs (organiques, inorganiques et cryogéniques) ou des radiateurs Cherenkov.
Les tubes photomultiplicateurs (PMT) ont été largement utilisés au cours des 60 dernières années et des caractéristiques, telles que l’efficacité quantique et la post-impulsion, ont été considérablement améliorées grâce à un effort continu de R&D mené par des entreprises industrielles en collaboration avec des laboratoires de recherche. Dans ce domaine, les équipes françaises ont joué un rôle de leader mondial grâce à la collaboration de longue date avec la société Photonis. De nos jours, les PMT sont toujours le meilleur choix lorsque de grandes zones de détection sont nécessaires, mais d’autres photodétecteurs gagnent en popularité. Parmi eux, les PMT à plaques à micro-canaux (MCP-PMT) sont indispensables lorsqu’une mesure temporelle précise est nécessaire, comme pour l’identification des particules ou pour la mesure de temps de vol pour la tomographie par émission de (TOF-PET) ; Les photomultiplicateurs au silicium (SiPM) ont été rapidement adoptés dans les expériences de physique grâce à leur insensibilité au champ magnétique, leur faible tension de fonctionnement et la possibilité de détecter des signaux de faible luminosité.
L’exigence des expériences de physique d’atteindre des niveaux de précision plus élevés dans la détection de la lumière avec une efficacité élevée sur une large gamme dynamique, allant du photon au millier de photons, sont de puissants moteurs de R&D dans le domaine de la photo-détection. En effet, les futurs calorimètres à cristal auront besoin de matériaux de scintillation ultra-rapides et résistants aux radiations, ainsi que de photodétecteurs compacts à plage dynamique et sensibilité élevées. La mesure temporelle précise est également une caractéristique cruciale pour les détecteurs de nouvelle génération, non seulement pour l’identification des particules, pour le veto et le rejet d’empilement pour les futures expériences LHC à haute luminosité (HL), mais aussi pour une amélioration majeure de l’imagerie TEP. De plus, les grands détecteurs pour les expériences de physique des neutrinos nécessitent de grandes surfaces et des photocapteurs peu coûteux avec une sensibilité améliorée à la lumière ultraviolette du vide (VUV) seront également nécessaires.
