2.1.1 Système d'a élération
La te hnique utilisée pour obtenir un fais eau ontinu dans l'a élérateur MAMI est
basée sur le prin ipe du mi rotron. MAMI se ompose de quatre étapes a élératri es :
trois Mi rotrons (RTM1, RTM2, RTM3) ont été mis en servi e entre 1979 et 1990 et un
Fig. 2.1 A élerateur de MAMI et leshalls expérimentaux [99℄.
dé rite i-après.Leséle tronssontinje tésdansl'a élérateurlinéaire(lina )etgagnent une
ertaine quantité d'énergie
∆E
. A la sortie, ils traversent le hamp magnétique uniforme d'un aimant, sont dé é his de 180 degrés, retraversent une se tion droite, sont de nouveaudé é his de 180 degrés par un aimant et repénètrent dans le lina . Après haque passage,
l'énergiedes parti ulesaugmenteetlerayonde ourbure augmenteaussi,jusqu'àun ertain
niveaud'énergieàpartirduquellefais eauentredansunaimantd'extra tionquiledéviehors
du mi rotron. L'a élérateur peut fournir des énergies jusqu'à 855
MeV
(RTM3) et jusqu'à 1604MeV
par le HDSM. Il est à noter que l'a élerateur MAMI peut fournir des fais eaux d'éle trons polarisés. L'information sur la position du fais eau avant et après la dé exionde 180 degrés permet de onnaitre son énergie. La pré ision en énergie du fais eau est de
l'ordre de
10−4
. La pré ision de la mesure de l'intensité du fais eau est un paramètre très
important,puisqu'elleintervientdire tement dans lase tione a e expérimentale. Dansla
suite, on dé ritles méthodes utilisées pour mesurer ette intensité.
a)Cavité résonante :lefais eaupasse dansune avitérésonante, e quiprovoque une
ex itation de plusieursfréquen es de résonan es etune perte d'une puissan e
éle tromagné-tiquedu fais eau. Cetteperte est extraite àl'aided'antennesetsa mesurepermetd'avoirla
valeurde ourant. C'est une méthode non destru tive.
b) Rayonnement syn hroton : lors de leur passage dans un hamp magnétique, les
éle trons emettent un rayonnement éle tromagnétique. La onnaissan e du ux rayonné et
derrièrela ible, entourantune éle trode qui sedé hargevers lamasse viaune résistan e, la
le ture de la tensionaux bornes de la résistan e donne lavaleur du ourant.
d) SondeFoerster:laSondeFoersterest onstituéededeuxtoroïdesferromagnétiques
qui entourent le fais eau sur la portion a élératri e du troisième mi rotron. Le ourant
mesuré est don égal au ourant du fais eau multiplié par son nombre de passages dans la
avitéa élératri e.C'estlaméthodeutiliséepourl'expérien eVCS,nosdonnéesà
Q2 = 0.45
GeV2
ont été prises ave un ourant de fais eau entre 5 et15µA
.2.1.2 La ible
La ibleutiliséeestune ibled'hydrogèneliquide(49.5mmdelongueur) d'unedensitéde
0.069
g/cm3
,maintenueàune températurede 21.5Ketune pressionde2.1bar.Unéle tron dépose environ 1MeV
d'énergie quand il traverse la ible. Une ma hine de refroidissement Philips de puissan e 60 W permet de liqué er et refroidir l'hydrogène dans une premièreétape. Sa ir ulation est a tionnée par un ventilateur qui assure un ot onstant dans la
ellule ible.Pourévitertoutproblèmede u tuationdedensité(parlaformationdebulles),
un système de déviation magnétique (Wedler) fait balayer le fais eau sur une surfa e de
quelques mm en horizontalet en verti al ave une fréquen e de quelques kHz.
2.1.3 Les spe tromètres magnétiques
Le HallA1 est onstitué de trois spe tromètres A, B etC (voir gure 2.2). Deux ontété
utilisés dans l'expérien e : les spe tromètres A et B. Le spe tromètre A est onstitué d'un
quadrip le,unsextup leetdeuxdip les.Lequadrip ledonneunefo alisationtransversequi
permet d'obtenir un grand angle solide (
≃ 28 msr
), les deux dip les génèrent la dispersion alorsquelesextup le orrigedes aberrationsdansleplannon-dispersif.Ce spe tromètreestde type point-point en dispersif pour optimiser la résolution en impulsion (
∆p
p ≃ 10−4
) et
parallèle-point en transverse pour une bonne détermination en angle de diusion (
∆θ ≃ 3
msr
). L'in onvénient i i est que l'optique parallèle-point en transverse ne donne pas une mesure pré ise de la position transverse de la ible (∆y0 ≃ 4 mm
). Le spe tromètre B est fabriqué de telle façon qu'il ompense e manque de résolution. Il est onstitué d'un seuldip le, son hamp magnétique possède un gradient qui donne une fo alisation transverse.
L'in linaison de ses fa es donne une ontribution quadripolaire et sextupolaire. Grâ e à
son optique point-point, e spe tromètre donne des très bonnes résolutions en impulsion
(
∆p
p ≃ 10−4
) et en position (
∆y0 ≃ 1 mm
). Il peut mesurer des angles de diusion aussi petits que 7 degrés et s'in liner verti alement de 9 degrés pour mesurer des inématiqueshors du plan. En ontrepartie, son angle solide (
≃ 5.6 msr
) et son a eptan e en impulsion(
±7.5%
en∆p
p
)se trouvent réduitspar rapportau spe tromètre A.Après avoir traversé le système des aimants du spe tromètre, les parti ules arrivent au
plan fo al où se trouvent les hambres à dérive qui lo alisent leur passage, ensuite elles
traversent des plans de s intillateursetun déte teur erenkov (voir la gure 2.3).
Chambres à dérive
Par ordre de ren ontre ave les parti ules, les quatre hambres à dérive sont
X1
,S1
,Fig. 2.2 Lestrois spe tromètresA, B , C du hallA1.
des oordonnées (deux positions et deux angles :
x, θx, y, θy
) d'interse tion d'une parti ule hargéeave le planfo al. Ces hambres sont onstituées de deux feuillesde athodes à unetension négative (
−6kV
), les ls d'anodes sont portés à la masse et possèdent un diamètre très n de 20µm
pour provoquer l'eet d'avalan he. L'intérieur de l'en einte ontient50%
d'argonet
50%
d'isobutane.Quanduneparti ule hargéetraverse la hambre, eladé len he l'avalan hesurles ls nsquisontles lsdusignal.Ensuite, haquesignalestlu.Enmesurantle temps de dérive,on peut déterminer l'interse tion de la traje toire de la parti uleave le
plan des lset l'anglede latra e ave e plan.
Après la hambre à dérive, la parti ule ren ontre un plan (TOF) de s intillateurs qui
sert à référen er en temps tous les ls. Une bonne re onstru tion de traje toire né essite un
nombre su sant de ls tou hés (de l'ordre de 5 ls onsé utifs par plan). Les plans S sont
orientés de 40 degrés par rapport au ls des plans X. Les hambres (
X2
,S2
) sont ajoutées pour améliorerlapré ision de mesuredes angles (θx, θy
).Les s intillateurs
C'estledeuxièmesystèmededéte tionren ontréparuneparti ule.Ilest omposédedeux
plans de s intillateurs, un plan dE ("perte d'énergie" de la parti ule) de 3 mm d'épaisseur
et un plan "TOF" ("temps de vol" de la parti ule) d'épaisseur 10 mm. Cha un de es
plans se dé ompose en lattes de matériau s intillant : 15 lattes pour le spe tromètre A
et 14 lattes pour le spe tromètre B. L'extrémité de ha une de es lattes est liée à un
photomultipli ateur (PM). En eet, la lumière produite lors du passage des parti ules est
ré oltéeetdirigéeversdes photomultipli ateursquitransformentl'informationlumineuseen
Fig. 2.3 Déte teurs du plan fo aldu spe tromètre A.
déte tée dans le spe tromètre A, une porte en temps de 70 ns s'ouvre pour déte ter une
parti ule en oïn iden e dans le spe tromètre B. La diéren e entre les deux temps des
parti ules,
TA
etTB
,permetde savoirsilesdeux parti ules sontissues d'unemêmeréa tion ounon.Less intillateurspermettentégalementde onnaîtrelaperted'énergiedelaparti ule,quidépend de lamasseetde l'énergiede elle- i.Uneparti ulelourdedépose plusd'énergie
qu'une parti ule légère, par exemple un proton dépose plus d'énergie qu'un pion de même
impulsion.
Déte teur erenkov
Le ompteurerenkov est ledernierétagedu système de déte tion,ilest omposé d'une
hambre rempliede gaz Fréon
(CF2Cl)2
(d'indi e de réfra tion n=1.0013, à pression atmo-sphérique), d'un plan de miroirs et de PMs. Ce déte teur est utilisé pour la dis riminationentreleséle tronsetlesautresparti ules(
π−
,µ−
sion de lumière erenkov. L'indi e est réglé de manière que seuls les éle trons produisent
un signal erenkov dans le milieu (seuil en impulsion= 10