Ce chapitre a pr´esent´e les d´etecteurs qui seront utilis´es dans cette th`ese, et termine ainsi l’introduction g´en´erale. La suite de cette th`ese consistera en plusieurs ´etudes utilisant les donn´ees du spectrom`etre `a muons.
– Tout d’abord, une estimation de l’efficacit´e des chambres de trajectographie grˆace `a la fois aux donn´ees r´eelles et aux simulations.
– Ensuite, une ´etude de la distribution impulsion-distance d’approche minimale des traces reconstruites, avec pour but la d´etermination d’une nouvelle coupure servant `a rejeter les muons produits dans les interactions faisceau-gaz.
– Enfin, la derni`ere partie sera l’´etude du taux de production des J/ψ et muons simples en fonction de la multiplicit´e de la collision dans les collisions proton- proton.
Chapitre 3
Estimation de l’efficacit´e des
chambres de trajectographie `a
partir des donn´ees r´eelles
Ce chapitre traite de l’efficacit´e des chambres de trajectographie du spectrom`etre `a muons, calcul´ee `a partir des donn´ees r´eelles ou des simulations. La premi`ere partie discutera le principe et les limitations de la m´ethode de calcul de l’efficacit´e, et de son application. La deuxi`eme partie pr´esentera une m´ethode pour effectuer des simula- tions r´ealistes du d´etecteur. Enfin, la derni`ere partie se concentrera sur l’´evolution de l’efficacit´e des chambres de trajectographie durant la p´eriode 2009-2010.
3.1
Acceptance et efficacit´e du spectrom`etre `a muons
Lors d’une p´eriode de prise de donn´ees, un nombre Nrec de muons va ˆetre d´etect´e par
le spectrom`etre et reconstruit. Ce nombre ne correspond qu’`a une fraction du nombre total de muons produits Npro, `a cause de l’acceptance et de l’efficacit´e du d´etecteur.
Dans tous les calculs de taux de production ou de section efficace, c’est le nombre de particules produites qui importe. Il est donc essentiel de connaˆıtre les valeurs des termes correctifs d’acceptance et d’efficacit´e.
De mani`ere g´en´erale, l’acceptance et l’efficacit´e du spectrom`etre d´ependent des grandeurs cin´ematiques du muon, pT et y :
d2N pro(pT, y) dpTdy = d 2N rec(pT, y) dpTdy 1 A(pT, y) 1 ǫ(pT, y)
avec A(pT, y) et E(pT, y) l’acceptance et l’efficacit´e respectivement. Dans la pratique,
il est difficile de s´eparer ces deux termes, et on les regroupe souvent en un unique terme d’acceptance et efficacit´e Acc ∗ Eff(pT, y). Ces deux corrections traitent cependant de
ph´enom`enes distincts.
3.1.1
L’acceptance
Tous les muons produits lors d’une p´eriode de prise de donn´ees ne sont pas d´e- tectables par le spectrom`etre. En effet, ils doivent avoir ´et´e produits dans le domaine de rapidit´e du spectrom`etre et poss´eder une impulsion suffisante pour traverser l’ab- sorbeur et l’ensemble du d´etecteur. Enfin, ils doivent traverser une zone active du
spectrom`etre. L’acceptance du spectrom`etre est le rapport du nombre de muons d´etec- tables Ndet sur le nombre de muons produits Npro. Le nombre de muons d´etectables est
diff´erent pour les chambres de d´eclenchement et les chambres de trajectographie. Par exemple, pour atteindre les chambres de d´eclenchement, un muon doit en plus traverser le mur de fer, ce qui augmente l’impulsion n´ecessaire pour ˆetre d´etect´e. De mani`ere `a mieux contrˆoler l’acceptance, la coupure en pseudo-rapidit´e suivante est appliqu´ee : −4, 0 < η < −2, 5. En r`egle g´en´erale, aucune coupure n’est appliqu´ee sur l’impulsion du muon : il suffit juste que son impulsion soit suffisante pour traverser les absorbeurs passifs.
La d´efinition de l’acceptance peut ˆetre ´elargie au cas de dimuons. La condition fr´equemment impos´ee est que les deux muons de la paire soient d´etectables pour que la paire soit d´etectable. Une diff´erence est que l’on r´eclame souvent qu’un seul muon de la paire ait ´et´e d´etect´e par les chambres de d´eclenchement.
Dans la pratique, il est ´evidemment impossible de connaˆıtre le nombre de muons d´etectables. La determination de l’acceptance doit donc se faire par l’interm´ediaire de simulations Monte-Carlo r´ealistes de la collision et de la production des muons.
3.1.2
L’efficacit´e
L’efficacit´e est d´efinie comme le nombre de muons reconstruits Nrec sur le nombre
de muons d´etectables Ndet. En th´eorie elle est factorisable en deux termes : l’efficacit´e
de d´etection et l’efficacit´e de reconstruction des traces. L’efficacit´e de d´etection est la probabilit´e qu’un muon traverse une zone active du d´etecteur, y laisse un impact, et qu’un cluster puisse ˆetre reconstruit `a partir de cet impact. Elle est influenc´ee par de nombreux facteurs [84] :
– Les interactions entre le muon et la zone active du d´etecteur. Il est possible que le muon n’ionise pas suffisammment d’atomes pour que le signal qu’il laisse soit d´etect´e.
– La r´eponse ´electronique du d´etecteur. Elle concerne l’efficacit´e avec laquelle le signal enregistr´e peut ˆetre amplifi´e, en fonction de son intensit´e.
– L’efficacit´e de reconstruction de l’impact. Les signaux bruts rassembl´es doivent ˆetre reconstruits en impact utilisable par l’algorithme de reconstruction de la trace.
Comme dans le cas de l’acceptance, l’efficacit´e de d´etection est diff´erente entre les chambres de trajectographie et les chambres de d´eclenchement. Dans le cas des chambres de trajectographie, l’efficacit´e attendue est sup´erieure `a 99% [78]. Pour les chambres de d´eclenchement, on s’attend `a une efficacit´e de l’ordre de 95% [85].
Le second terme est l’efficacit´e de reconstruction des traces. Elle correspond au nombre de traces reconstruites `a partir des impacts laiss´es par les muons. L’efficacit´e est diff´erente entre les chambres de d´eclenchement et de trajectographie. La suite de ce paragraphe s’int´eresse plus particuli`erement au cas des chambres de trajectographie. L’algorithme de reconstruction introduit ses propres coupures sur la trace.
– La coupure la plus notable est de r´eclamer qu’un muon laisse un certain nombre d’impacts dans chaque station pour que sa trace soit reconstruite. Cela implique que certaines traces ne soient pas reconstruites si le muon traverse des zones d´efectueuses des d´etecteurs dans une station.
– Une autre coupure est ce que l’on appelle la largeur de la trace. Par exemple, lorsqu’une trace candidate est reconstruite dans les stations 4 et 5, il faut en-
suite l’extrapoler jusqu’`a la station 3. La position de la trace extrapol´ee dans les chambres 5 et 6 ne correspond pas n´ec´essairement `a un cluster reconstruit. La largeur de la trace est la distance maximale entre la trace extrapol´ee et un cluster reconstruit pour que ce dernier puisse ˆetre associ´e `a la trace. Dans le cas des collisions proton-proton, le faible nombre d’impacts par ´ev´enement dans une chambre permet d’´elargir la trace sans associer d’impact `a la mauvaise trace. Pour les collisions Pb-Pb, le taux d’occupation du d´etecteur augmente et il devient n´e- cessaire de diminuer la largeur de la trace, diminuant par l`a-mˆeme l’efficacit´e de reconstruction. L’alignement du d´etecteur joue un rˆole important `a ce niveau : plus sa pr´ecison est bonne, plus il est possible de r´eduire la largeur de la trace sans perdre d’efficacit´e de reconstruction.
Comme dans le cas de l’acceptance, Ndet n’est pas mesurable. Exp´erimentalement,
il n’est donc pas possible de d´eterminer directemement l’efficacit´e totale exacte du d´e- tecteur. Une ´evaluation de l’efficacit´e `a partir de simulations r´ealistes de la r´eponse du d´etecteur est cependant possible. Ces simulations permettent ´egalement de factori- ser l’efficacit´e totale en efficacit´e de d´etection et de reconstruction des traces. Dans la pratique, il est tout de mˆeme possible d’estimer une efficacit´e des chambres de trajec- tographie et de d´eclenchement `a l’aide des donn´ees r´eelles.