Laboratoire de Physique Corpusculaire 2002-2003 Mise en place d’un protocole de mesure d’uniformité des modules de détecteur de pied de gerbe de LHCb Philippe Cantet

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

L’invariance sous CPT est nécessaire. Notion de symétrie Le concept de symétrie est important pour la description des particules élémentaires et leurs interactions. Exemple : la conjugaison de la charge C ( particule → antiparticle) la parité P ( x → -x ) l’inversion du temps T ( t → -t ) L’invariance sous CPT est nécessaire. Certains phénoménes violent C, P ou T. ex :1964 violation de CP observée dans le système des Kaons Implications cosmologique : asymétrie matiére/antimatiére dans l’univers. Le phénomène est mal connu. Possibilité de mesures de précision dans le système des mésons Beaux.

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

Le détecteur LHCb Bras de spectromètre de 20 m de long. Adapté à l’analyse des désintégrations des mésons Beaux.

Le système calorimétrique Le principe : Séparation électron / photon / hadron (SPD / PS) Mesure de l’énergie (Ecal / Hcal ) Utile pour le déclenchement rapide de l’expérience

Le détecteur de pied de gerbe Mur de scintillateurs ~ 6000 cellules scintillantes Photo du panneau qui regroupe les cellules scintillantes Cellules regroupées dans des modules Photo d’une cellule scintillante Signal lumineux est extrait par le biais de fibres optiques et est amené sur un photomultiplicateur Le but de mon stage est l’étude de l‘efficacité des cellules d’un module

Procédure d’étude des modules Gerbe de particules cosmiques arrivant sur Terre On utilise le flux de particules cosmiques. ~ 170 muons/m2/s Dépôt d’énergie dans le scintillateur : ~ 2.5 MeV (minimum d’ionisation) Est-ce que toutes les cellules répondent de façon identique à ce signal cosmique ?

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

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

Déclenchement de l’acquisition Plusieurs possibilités : Des scintillateurs, en coincidence avec la cellule, déclenchent l’acquisition. Avantages : - on sélectionne les particules cosmiques dont l’incidence est perpendiculaire à la cellule. - on n’est 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. J’ai étudié la faisabilité de l’auto-déclenchement Signal oscilloscope correspondant à une particule cosmique Signal oscilloscope correspondant au bruit du photomultiplicateur Deux méthodes d’auto-déclenchement ont été étudiées :

Première méthode 1 – On utilise le fait que les signaux issus de particules cosmiques sont longs. Un critère basé sur la durée de l’impulsion déclenche l’acquisition. 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

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 l’acquisition On sélectionne essentiellement les signaux les plus petits Seuil haut Seuil bas Dans les deux cas on rejette complètement le bruit mais on ne considère qu’un certain type de signal ce qui peut conduire à des biais de la mesure

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

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

C’est mon programme pour le dernier mois Conclusions Les deux méthodes semblent indiquer une non uniformité importante entre les cellules. Les résultats sont qualitatifs. La méthode d’auto-déclenchement biaise les mesures. Il est difficile de trouver des corrélations entre les deux méthodes et d’établir un schéma cohérent de la carte de non uniformité. Des mesures en coincidence devraient permettre d’affiner l’analyse et de fournir une réponse quantitative. C’est mon programme pour le dernier mois de mon stage.