Mise en place d’un protocole de mesure d’uniformité des

modules de détecteur de pied de gerbe de LHCb

Laboratoire de Physique Corpusculaire 2002-2003

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

Notion de symétrie

- 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.

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 l’univers.

Le phénomène est mal connu. Possibilité de mesures de précision dans le système des mésons Beaux.

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 l’étude de la symétrie CP

Le détecteur LHCbBras 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

Photo d’une 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 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

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 l’aide du service mécanique du LPC

Charge intégrée du signal proportionnelle à l’énergie déposée

charge totaledélivrée par le PM

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.

Méthode de traitements des données.

Signal d’une particule cosmiqueOn va mesure la valeur de

ces paramètres pour les 16 cellules

Et sa largeur

Définissent la distribution

La position du pic

Deux méthodes d’auto-déclenchement ont été étudiées :

Plusieurs possibilités :

1. 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

Déclenchement de l’acquisition

Signal oscilloscope correspondant à une particule cosmique

Signal oscilloscope correspondant au bruit du

photomultiplicateur

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

Dans les deux cas on rejette complètement le bruit mais on

ne considère qu’un certain type de signalce 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 l’acquisitionOn sélectionne essentiellement les signaux les plus petits

Seuil haut

Seuil bas

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 d’acquisitionLes variations importantes du temps d’acquisition semble

indiquer une grande différence d’efficacité entre les cellules.

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

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.