Développement du DHCAL à Lyon SOCLE Robert Kieffer Mardi 9 Décembre 2008

Sommaire Présentation du détecteur. Mode cosmique. Tests sur faisceau. Développement du m 2. Activités de simulation. Conclusion.

Principe du détecteur RPC (Resistive Plate Chamber) Haute tension: 6.5kV - 8kV Fonctionnement en mode avalanche. Mélange gazeux: 93% TFE, 5% Isobutane, 2% SF 6 Lecture par induction. Avantages : robuste, bonne efficacité, très mince, économique. Bruit inférieur à: 1Hz/cm 2 Moy: 2.6pC RMS: 1.6pC

L'électronique d’acquisition Carte de lecture développée en collaboration avec le LLR et le LAL: -> Circuit imprimé 8 couches, 800µm épaisseur. -> Lecture par induction (Pads sensitifs de 1 cm2) -> ASIC de lecture: HARDROC (64 voies semi digitales). -> Possibilité de chaîner la lecture des ASICs. Slow Control: Gain de chaque voie ajustable (Voir Calibration). Deux seuils de déclenchement par canal, ajustables de manière globale pour l’ensemble des voies. Signal: Pour chaque canal déclenché: Information temporelle + Seuil(s) déclenché(s).

Calibration de l’électronique d’acquisition Charge injectée: 100 fC Réduction de la dispersion des voies d’un facteur supérieur à 3 Dispersion des voies: 2.5 fC 9.6 fC 2.5 fC

Réponse en charge du HARDROC (Charge/DAQ) Valeur moyenne: 1DAQ= 2±0,1 fC

Optimisation des électrodes Caractéristiques du verre: Epaisseur des verres 2,07 et 0,7 mm. Forte résistivité du matériau; taux de détection 100 Hz/cm2. La planéité d’origine du verre permet d’éviter les claquages par effet de pointe dans la chambre de détection. Caractéristiques du matériau résistif: Plusieurs chambres de détection utilisant des matériaux de différentes résistivités sont à l’essai dans notre laboratoire(Statguard, Graphite, Licron). La résistivité joue un rôle important concernant la multiplicité des impacts enregistrés. Un important travail a été réalisé afin d’améliorer la connexion de la connexion haute tension de la couche résistive (très mince). Ceci afin de réduire le bruit de fond généré par le détecteur au point de connexion.

Optimisation de la circulation du mélange gazeux. L’idée est d’améliorer la circulation du gaz, tout en minimisant les zones mortes dues aux “spacers”. Pour cela deux solutions ont été étudiées: L’utilisation de billes de céramique (“spacers" ponctuels). La réalisation du cadre de la chambre en tube capillaire permettant d’améliorer la distribution du gaz.

Le banc cosmique Plusieurs détecteurs sur le banc cosmique autorisent: Des mesures précises d’efficacité et de multiplicité. La reconstruction d’évènements simples (traces de muons).

Comparaison de deux détecteurs par reconstruction de traces. Un trigger: A chaque fois que l’on trouve un impact dans les détecteurs externes. Un bon évènement: Si l’impact enregistré dans le détecteur central est compatible avec, le point attendu (calculé à l’aide des impacts externes). Détecteurs comparés: RPC Protvino (Graphite) / RPC Lyon (Licron)

Tests sur faisceau (CERN Juillet et Novembre 2008) Objectifs: Tester les performances des petites chambres RPC (32x8 PADs):  Plusieurs énergies (1-12Gev), plusieurs types de particules (Pions, muons, électrons)  Différentes conditions de flux.  Différents angles d’impact.  Utilisation du télescope à pixels EUDET. Tester la validité de l'électronique d'acquisition:  Conditions de flux réalistes.  Réponse des détecteurs en fonction du seuil de déclenchement. Enregistrer les premières gerbes hadroniques, en interposant des couches d’absorbeur entre les détecteurs.

Performances des différents détecteurs, en fonction de la Haute Tension. Seuil de déclenchement: 120 fC Plateau: de 7.2 à 8 kV Efficacité comprise entre 80 et 98% 7.4 kV Meilleur compromis entre multiplicité et efficacité: 7.4 kV Le détecteur au licron présente la plus faible multiplicité, pour des valeurs d'efficacité acceptables.

Performances des détecteurs, en fonction du seuil de déclenchement appliqué. En balayant les seuils de déclenchement nous avons pu obtenir un pseudo spectre des chambres RPC. Ces résultats nous permettront de choisir les seuils à appliquer pour le prototype final. Il sont également utilisés pour réaliser la digitalisation des donnés issues de la simulation.

Reconstruction des traces à l’aide du télescope EUDET. Eudet Telescope photogrammetric spots used for alignment Moveable table

Reconstruction des traces à l’aide du télescope EUDET (Préliminaire). µm interpads bord efficacité Noir: position des clusters prédite par EuTel Rouge : position de ceux vus dans les GRPC Trigger: Grâce au télescope Eudet, il est possible d’évaluer la perte d’efficacité sur les bords du détecteur. µm Préliminaire.

Efficacité en fonction de l’angle des traces. L’efficacité du détecteur reste constante même pour des particules dont l’angle d’incidence est grand. Les zones du calorimètre proches des bouchons (End cap) pourront donc détecter des traces très inclinées sans perte d’efficacité.

Comparaison des performances de différents mélanges de gaz (Préliminaire) Les performances obtenues en utilisant du CO 2 à la place de l’Isobutane, sont encourageantes. Note: Des mesures complémentaires sont à réaliser pour confirmer ces résultats. Préliminaire.

Evolution des caractéristiques pour une augmentation du Flux (Préliminaire) Nous avons corrélé les efficacités avec des mesures de flux réalisées à l’aide des scintillateurs de déclenchement. Cette étude préliminaire permet d’évaluer la validité des chambres RPC dans les condition de flux d’ILC. Préliminaire. Note: Des mesures complémentaires sont à réaliser pour confirmer ce résultat, car la méthode d’évaluation du flux est entachée d’imprécision.

Synthèse des tests sur faisceau avec le « Mini DHCAL »  Au total, plus de 400 kEvent accumulés. (Vitesse de la DAQ: 20Hz)  Une bonne partie de ces événement ont déjà été analysés.  Les donnés seront très prochainement confrontées aux résultats issus de la simulation.

Développement du prototype de 1 m 2 Détecteur: Construction de chambres Licron et Statguard de 1m 2 Lecture: 144 ASICs/m 2 soit 9472 cannaux/m 2 Nouvelle DIF permettant d’obtenir une plus grande fréquence d'acquisition, et de gérer le Daisy-Chain (développé en collaboration avec le LAPP d’Annecy).

Activités de simulation Un travail de simulation du prototype de mini-DHCAL a été réalisé au sein du laboratoire en collaboration avec l’équipe du LLR. Par l’intermédiaire de la digitalisation, le modèle de détecteur virtuel pourra être validé, puis ajouté à la base de données utilisée pour la simulation d’évènements physiques.

Conclusions  Les tests réalisés sur banc cosmique, et sur faisceau, nous ont permis de mieux comprendre notre détecteur, et d’optimiser le design du prototype de 1m2.  Les performances du mini DHCAL sont prometteuses, des analyses complémentaires sont en cours.  L’étape suivante, sera le test sur faisceau du m 2 prévu début 2009.

Merci de votre attention.

Mesure d’efficacité réalisée à l’aide des photomultiplicateurs Chambre Lyonnaise Seuil de détection  100 fc

Avantages du DHCAL Mesure de type semi digitale. Electronique intégrée au sein du détecteur. Minimisation de l’encombrement au sein de l’aimant. Résolution énergétique de bonne qualité. Très forte granularité, autorisant l’identification des nombreuses particules composant les jets. Possibilité d’appliquer l’analyse par suivi de particules après identification, afin d’améliorer encore la résolution énergétique du détecteur global (DHCAL+ECAL+traker).