Conception du dtecteur

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 cos(theta) Contribution en % 0 2 4 6 8 10 12 14 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 cos(theta) Contribution en %

Figure 5.3: Dtecteur identiant la particule en fonction de son angle  par rapport l'axe du faisceau pour des kaons gauche et des pions droite. En gris fonc identi-cation pardE=dx, en gris clair identication par le DIRC et en hachur identication par l'arogel. Le dernier canal droite est articiellement plus bas, car la couverture angulaire du dtecteur s'arrte cos =0:95.

Systme d'identication des particules Performance (%) Performance (%) kaons seuls totale DIRC et dE=dx (nouvelle gomtrie) 9.5 22.5 DIRC et dE=dx (gomtrie du TDR) 9.3 22.3 DIRC, ATC et dE=dx 10.1 23.1

Le taux d'vnements tiquets varie peu, car un kaon peut tre identi dans l'ATC alors que l'vnement comprend dj un lepton ou un kaon. La performance totale de l'tiquetage, quant  elle, varie trs peu. L'impact de l'ATC sur l'ecacit d'tiquetage totale est alors dilu.

5.3 Conception du dtecteur

Le compteur Tcherenkov  seuil est prvu pour s'insrer dans la partie avant du dtecteur entre la chambre  ls d'un cot, le bouchon du calorimtre de l'autre, le DIRC au dessus et le tube  vide du faisceau en bas (voir gure 5.4). La plaque avant de la chambre  ls  alors une forme particulire, adapte  la prsence de l'ATC. Dans ce cas, l'ATC se trouve dans un champ magntique de 1.5 T. Et les

photo-78 Chapitre 5. tude du Compteur Tcherenkov  Arogel (ATC) multiplicateurs placs le plus proche possible de l'arogel, dans le champ magntique, pour pouvoir collecter le plus de lumire possible. Les photo-dtecteurs choisis doivent conserver un gain important lorsqu'ils sont utiliss dans un champ magntique fort comme celui de l'exprienceBaBar. De plus les photo-dtecteurs doivent tre com-pacts en raison du manque de place.

Nous avons donc tudi deux gomtries direntes, une gomtrie  deux couches et une gomtrie  quatre couches d'arogel, ainsi que deux types de photo-dtecteurs, des multiplicateurs  grilles nes (nemesh) Hammamatsu 57] et des photo-diodes hybrides (HPD) con#ues par le CERN-LAA et l'INFN fabriques par la socit DEP 58].

Figure 5.4: Gomtrie deux couches lues par des nemesh, dans le dtecteurBaBar.

5.3.1 G
om
tries

1.

Le modle  deux couches d'arogel

est fait de deux anneaux. Le premier

est form de cellules remplies d'arogel d'indice n=1.055 et l'autre de cellules remplies d'arogel d'indice n=1.0065 (voir gure 5.4). Les photo-dtecteurs uti-liss sont soit des photo-tubes  grilles nes, soit des photo-diodes hybrides. Les photo-dtecteurs sont connects  l'arogel par des guides  air pyramidaux (voir gure 5.22), un photo-dtecteur lisant une cellule d'arogel sauf pour le bas indice lu par les HPD o deux photo-dtecteurs sont utiliss. La couver-ture angulaire de ces modles est de 17

 <  < 23:6

 pour le modle lu par les nemeshet de 17

 <  <24:6

5.3. Conception du dtecteur 79

2.

Le modle  quatre couches d'arogel

est fait de deux couches formes de

modules remplis d'arogel d'indice n=1.055 et de deux couches avec des modules remplis d'arogel d'indice n=1.007. Les photo-dtecteurs (2 nemesh pour le haut indice et 3 pour le bas indice) sont positionns au centre des modules et l'arogel est plac de part et d'autre. les deux couches d'un mme indice sont places avec un angle dirent de manire  ce que l'arogel couvre tout l'angle solide (voir gures 5.5 et 5.22). Ce modle couvre le domaine 17

 <  <24:4 .

Figure 5.5: Gomtrie quatre couches lues par des nemesh.

5.3.2 Photo-d
tecteurs

1.

Les photo-diodes hybrides

(HPD), gure 5.6. Dans une HPD les photons

sont convertis en lectrons sur la photo-cathode puis acclrs par un champ lectrique de 15 kV jusqu' la diode de silicium. Le gain des HPD est G'10

4, ce gain est sensiblement le mme, quelque soit le champ magntique. Ce type de photo-dtecteur, sans les multiples tages de dynodes habituels, est trs compact (23.2 mm), est insensible au champ magntique, et possde un bruit propre faible. Toutefois le gain des HPD tant relativement faible, leur utilisa-tion ncessite une cha ne d'amplicautilisa-tion crant des problmes supplmentaires de bruit lectronique et d'encombrement. Les HPD utilises possdaient une photo-cathode de 1+ (2.54 cm) de diamtre.

80 Chapitre 5. tude du Compteur Tcherenkov  Arogel (ATC)

2.

Les photo-tubes Hammamatsu  grilles nes

(nemesh), gure 5.7. Les

photons convertis en lectrons par la photo-cathode sont ensuite acclrs sur des dynodes en forme de grilles. Les lectrons ont alors une probabilit p

d'interagir avec la grille et de librer des lectrons avec un gain g. Pour un nemeshde n tages nous avons donc un gain G = (1;p+gp)n59]. Cette structure de grilles nes donne un photo-dtecteur relativement petit, un gain lev (typiquement, un gain G'210

7 pour les nemesh de 19 tages utiliss lors des tests faisceaux, et G ' 10

8 pour les nemesh prvus pour la version dnitive du dtecteur). Ces photo-multiplicateurs ont t tests en champ ma-gntique et conservent un gain important (voir gure 5.8). Pour un champ de 1.5 T, la perte de gain observe est de 10

3 dans le pire des cas, c'est  dire dans le cas o le nemesh est plac paralllement au champ magntique. Dans la gomtrie de l'ATC, les nemesh sont positionns avec un angle de 10

 par rapport au champ, la perte de gain n'est alors que de 10

2. Le diamtre des photo-cathodes des nemesh taient de 1.5+ pour l'arogel de haut indice et de 2+ pour le bas indice.

Fenetre de quartz 300µm, diode au silicium S20 UV 49 mm 23.2 mm photo-cathode champ electrique ∆V = 15 kV

Figure 5.6: Schma de fonctionnement d'une HPD.

Les photo-multiplicateurs utiliss taient fournis avec deux types possibles de photo-cathodes. Une photo-cathode sensible  la lumire UV (appele photo-cathode UV), gr&ce entre autres  une fentre en quartz moins absorbante pour les petites lon-gueurs d'ondes, et une photo-cathode  haute ecacit quantique (voir gure 5.13.a).

Dans le document Etude de la violation de CP dans le canal B0 -> J/Psi K0s et développement d'un compteur Tcherenkov à aerogel (Page 80-83)