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Mise en place dun protocole de mesure duniformité des modules de détecteur de pied de gerbe de LHCb Laboratoire de Physique Corpusculaire 2002-2003 Philippe.

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1 Mise en place dun protocole de mesure duniformité des modules de détecteur de pied de gerbe de LHCb Laboratoire de Physique Corpusculaire Philippe Cantet

2 Plan de la soutenance I – Cadre théorique et expérimental -La violation de CP -Le détecteur LHCb -Le détecteur de pied de gerbe II – Mesures duniformité -Protocole de mesure -Résultats et analyse -Conclusions et perspectives

3 Notion de symétrie - la conjugaison de la charge C ( particule antiparticle) - la parité P ( x -x ) - linversion du temps T ( t -t ) Linvariance sous CPT est nécessaire. Le concept de symétrie est important pour la description des particules élémentaires et leurs interactions. Exemple : Certains phénoménes violent C, P ou T. ex :1964 violation de CP observée dans le système des Kaons Implications cosmologique : asymétrie matiére/antimatiére dans lunivers. Le phénomène est mal connu. Possibilité de mesures de précision dans le système des mésons Beaux.

4 Large Hadron Collider Collisions proton – proton de 14 TeV à une fréquence de 40 MHz Anneau de 27 km de circonférence situé au CERN à Genève 4 détecteurs dont LHCb dédié à létude de la symétrie CP

5 Le détecteur LHCb Bras de spectromètre de 20 m de long. Adapté à lanalyse des désintégrations des mésons Beaux.

6 Le système calorimétrique Le principe : Séparation électron / photon / hadron (SPD / PS) Mesure de lénergie (Ecal / Hcal ) Utile pour le déclenchement rapide de lexpérience

7 Photo dune cellule scintillante Signal lumineux est extrait par le biais de fibres optiques et est amené sur un photomultiplicateur Mur de scintillateurs ~ 6000 cellules scintillantes Le détecteur de pied de gerbe Photo du panneau qui regroupe les cellules scintillantes Cellules regroupées dans des modules Le but de mon stage est létude de lefficacité des cellules dun module

8 Procédure détude des modules Gerbe de particules cosmiques arrivant sur Terre On utilise le flux de particules cosmiques. ~ 170 muons/m 2 /s Dépôt dénergie dans le scintillateur : ~ 2.5 MeV (minimum dionisation) Est-ce que toutes les cellules répondent de façon identique à ce signal cosmique ?

9 Banc de test des tuiles scintillantes Haute Tension Panneau de 16 cellules scintillantes 12×12cm Toron de 16 fibres Oscilloscope BUS GPIB 1650V Particules cosmiques Acquisition et Traitement Photomultiplicateur La connexion de chaque fibre optique au photomultiplicateur a été rendue possible grâce à laide du service mécanique du LPC

10 Charge intégrée du signal proportionnelle à lénergie déposée charge totale délivrée par le PM Distribution de la charge intégrée pour 1000 événements. La distribution du dépôt dénergie de particules au minimum dionisation suit une loi de Landau. Méthode de traitements des données. Signal dune particule cosmique On va mesure la valeur de ces paramètres pour les 16 cellules Et sa largeur Définissent la distribution La position du pic

11 Deux méthodes dauto-déclenchement ont été étudiées : Plusieurs possibilités : 1. Des scintillateurs, en coincidence avec la cellule, déclenchent lacquisition. Avantages : - on sélectionne les particules cosmiques dont lincidence est perpendiculaire à la cellule. - on nest pas sensible au bruit du PhotoMultiplicateur Inconvénient : méthode lente 2. Auto-déclenchement sur le signal lui-même Avantage : méthode plus rapide Inconvénient : on est sensible au bruit du PhotoMultiplicateur et le seuil de déclenchement peut biaiser les mesures. Jai étudié la faisabilité de lauto-déclenchement Déclenchement de lacquisition Signal oscilloscope correspondant à une particule cosmique Signal oscilloscope correspondant au bruit du photomultiplicateur

12 Première méthode 1 – On utilise le fait que les signaux issus de particules cosmiques sont longs. Un critère basé sur la durée de limpulsion déclenche lacquisition. On sélectionne essentiellement les signaux les plus grands Signal oscilloscope correspondant à une particule cosmique Signal oscilloscope correspondant au bruit du photomultiplicateur Fenêtre en temps

13 Dans les deux cas on rejette complètement le bruit mais on ne considère quun certain type de signal ce qui peut conduire à des biais de la mesure Deuxième méthode Signal oscilloscope correspondant à une particule cosmique Signal oscilloscope correspondant au bruit du photomultiplicateur 2 – Les signaux issus de particules cosmiques sont fluctuants (peu de photo-électrons sur le PM). Un critère basé sur les petites fluctuations déclenche lacquisition On sélectionne essentiellement les signaux les plus petits Seuil haut Seuil bas

14 Méthode de déclenchement n° 1 (signaux longs) Pic de la charge intégrée pour les 16 cellules. Largeur de la charge intégrée pour les 16 cellules. La charge collectée semble uniforme dans ± 20% Mais le seuil de déclenchement biaise le résultat comme le montre la non uniformité importante du temps dacquisition Les variations importantes du temps dacquisition semble indiquer une grande différence defficacité entre les cellules.

15 Méthode de déclenchement n° 2 (signaux fluctuants) Largeur de la charge intégrée pour les 16 cellules. Pic de la charge intégrée pour les 16 cellules. Non uniformité importante (facteur 2) pour quelques cellules

16 Conclusions Les deux méthodes semblent indiquer une non uniformité importante entre les cellules. Les résultats sont qualitatifs. La méthode dauto-déclenchement biaise les mesures. Il est difficile de trouver des corrélations entre les deux méthodes et détablir un schéma cohérent de la carte de non uniformité. Des mesures en coincidence devraient permettre daffiner lanalyse et de fournir une réponse quantitative. Cest mon programme pour le dernier mois de mon stage.


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