Contamination en muons

Comme nous l’avons vu dans les distribution de la figure 7.5 la contamination du faisceau en muons est importante et ce particuli`erement `a basse ´energie. Ces muons peuvent provenir de la ligne de haute ´energie ou former un halo autour des particules qui d´eclenchent le syst`eme d’acquisition. De plus une certaine fraction de muons vient de la d´esint´egration des pions de basse ´energie, principalement suivant le processus π± →µ±ν¯. Les muons de d´esint´egration produits avant la s´election en impulsion passent par la ligne `a basse ´energie et ont une ´energie ´egale `a l’´energie nominale du faisceau. Des muons peuvent ˆetre ´egalement produits apr`es la s´election en impulsion. La fraction de muons de d´esint´egration pr´esents dans le faisceau `a basse ´energie a ´et´e ´etudi´ee dans [143]. Le rapport du nombre de muons sur le nombre de pions se-rait d’environ 30% `a 9 GeV, 40% `a 5 GeV et atteindse-rait 70% `a 3 GeV. D’autres id´ees pour ´etudier cette contamination proviennent de [144]. Quatre crit`eres sont appliqu´es pour enlever la contamination due aux muons.

Utilisation des scintillateurs

La figure 7.6 montre le signal reconstruit dans les scintillateurs Muon Tag (SMT) et Muon Halo (SMH) pour un faisceau d´electrons et de pions de 1 GeV et 9 GeV. Seuls les muons de haute ´energie sont susceptibles de produire un signal. Dans les lots de 1 GeV et 2 GeV un halo de muons est pr´esent et visible dans la distribution de coups dans le scintillateur Muon Halo, `a de tr`es faibles valeurs. Les objets ayant un signal dans le SMH inf´erieur `a 900 coups ADC ou un signal dans le SMT sup´erieur `a 450 coups ADC sont consid´er´es comme des muons et rejet´es. La contribution des muons aux lots de basse ´energie reste cependant tr`es faible, de l’ordre de 10%, sauf dans le lot de 1 GeV o`u elle atteint pr`es de 40%.

Energie d´epos´ee dans le calorim`etre ´electromagn´etique

Dans un calorim`etre, un muon est (presque) une particule au minimum d’ionisation, ce qui a pour cons´equence que le les muons ne produisent pas de gerbes ´electromagn´etiques.

7.

IDENTIFICATION DES ´ELECTRONS DE BASSE ´ENERGIE DANS

LES DONN ´EES DU TEST EN FAISCEAU COMBIN ´E H8 DE 2004

SMT (ADC counts) 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 SMT (ADC counts) 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 SMH (ADC counts) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 SMH (ADC counts) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14

Fig. 7.6: Signal (en coups ADC) dans le scintillateur Muon Tag (en haut) et Muon Halo (en bas) pour un

faisceau d’´electrons de 1 GeV ( `a gauche) et 9 GeV ( `a droite).

quement, les muons traversent une ou deux cellules du second compartiment du calorim`etre ´electromagn´etique et d´eposent peu d’´energie. Ces objets peuvent alors ˆetre identifi´es et se pr´esentent comme des sondes tr`es fines permettant d’explorer les propri´et´es du calorim`etre comme par exemple son uniformit´e [146]. Ceci a d´ej`a ´et´e utilis´e dans les tests en faisceaux pr´ec´edents ainsi qu’actuellement durant la prise de donn´ees de rayons cosmiques. Cette iden-tification a ´et´e int´egr´ee dans l’algorithme appel´e “LArMuID” [147] qui reconstruit des amas ´electromagn´etiques de tr`es petites tailles. La figure 7.7 montre pour les objets ainsi recons-truits l’´energie et le nombre de cellules de l’amas dans le second compartiment du calorim`etre ´electromagn´etique. On y reconnait les caract´eristiques attendues, `a savoir des objets de petites tailles d´eposant peu d’´energie. Ainsi, toute particule associ´ee `a un objet LArMuID ayant moins de quatre cellules dans le second compartiment du calorim`etre ´electromagn´etique et moins de deux cellules dans le premier, est consid´er´ee comme ´etant un muon.

Pour illustration, la figure 7.8 montre la distribution d’´energie reconstruite dans le calo-rim`etre ´electromagn´etique dans les donn´ees `a 9 GeV apr`es application des crit`eres de purifica-tion avec et sans le crit`ere “LArMuID”. Son effet est clairement visible et permet de r´eduire la contamination en muons du lot de pions. Son effet est tr`es d´ependant de l’´energie du lot ´etudi´e. A 20 GeV, on utilise deux lots ind´ependants domin´es l’un par des ´electrons, l’autre par des pions. Le crit`ere ´elimine environ 10% des donn´ees “´electrons” et pr`es de 30% des donn´ees “pions”. A plus basse ´energie, c’est en moyenne 30% des ´ev´enements qui sont ainsi rejet´es,

7.4. PURIFICATION DES FAISCEAUX E (GeV) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 (middle) cell N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Fig. 7.7: Distribution, pour les objets reconstruits par LArMuId, de l’ ´energie reconstruite ( `a gauche) et

du nombre de cellules ( `a droite) dans le second compartiment du calorim `etre ´eletromagn´etique.

chiffre pouvant atteindre plus de 50% `a 1 GeV.

E (GeV) 2 4 6 8 10 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 E = 9 GeV no LArMuID all purification cuts

Fig. 7.8: Distribution de l’´energie totale reconstruite pour les ´electrons et les pions dans le calorim`etre

´

electromagn´etique dans les donn´ees de 9 GeV, apr`es l’application de tous les crit`eres de purifi-cation du faisceau (histogrammes hachur ´es) et sans application du crit`ere.

Energie d´epos´ee dans le dernier compartiment longitudinal du calorim`etre `a tuiles

La figure 7.9 montre la distribution en ´energie dans la derni`ere couche (couche D) du ca-lorim`etre hadronique `a tuiles scintillantes dans les donn´ees de 9 GeV. Etant donn´ee la faible ´energie des pions, on s’attend `a ce que ceux-ci perdent leur ´energie avant d’atteindre cette couche. Pour les muons de contamination (E ≤ 80 GeV), au contraire, la probabilit´e d’ˆetre arrˆet´es avant la couche D est beaucoup plus faible, mˆeme aux tr`es basses ´energies (jusqu’`a 2,5 GeV typiquement). Les muons peuvent ˆetre rejet´es en demandant que l’´energie reconstruite soit inf´erieure `a 150 MeV [143]. Typiquement ce crit`ere rejette environ 10% des ´ev´enements.

7.

IDENTIFICATION DES ´ELECTRONS DE BASSE ´ENERGIE DANS

LES DONN ´EES DU TEST EN FAISCEAU COMBIN ´E H8 DE 2004

(D-layer) (GeV) TileCal E -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10

Fig. 7.9: Distribution en ´energie dans la couche D du calorim`etre `a tuiles dans le lot `a 9 GeV. Le signal

entre 150 MeV et 1 GeV correspond aux muons contaminant le faisceau. Les ´electrons et les pions n’atteignant pas cette couche, ils contribuent au pic de bruit proche de 0.

Phase du signal dans les cellules du calorim`etre `a tuiles

Les muons de contamination provenant de la ligne `a haute ´energie n’ont a priori aucune rai-son d’ˆetre synchronis´es avec les pions de basse ´energie [143]. Lorsqu’un pion de basse ´energie d´eclenche le syst`eme d’acquisition, il peut arriver qu’un muon venant de la ligne `a haute ´energie passe au mˆeme moment, i.e pendant l’ouverture de la fenˆetre d’acquisition. La diff´erence de temps entre le d´eclenchement de l’acquisition et la phase dans le calorim`etre hadronique `a tuiles¹⁾est constante pour la particule ayant d´eclench´e l’acquisition. Par contre, cette diff´erence

t (TileCal-clock) (ns) ∆ -150 -100 -50 0 50 100 150 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10

Fig. 7.10: Diff´erence de temps entre l’arriv´ee du signal dans le calorim`etre `a tuiles et le d´eclenchement

de l’acquisition dans un faisceau d’´electrons de 9 GeV.

7.4. PURIFICATION DES FAISCEAUX

est quelconque pour un muon de contamination, passant fortuitement pendant l’ouverture de la fenˆetre d’acquisition. La figure 7.10 montre la distribution de la diff´erence de temps entre le d´eclenchement de l’acquisition (horloge) et la phase du signal dans toutes les cellules du calo-rim`etre `a tuiles touch´ees dans un faisceau de 9 GeV. Elle indique la pr´esence de particules hors temps dans ce faisceau. Par la suite, un ´ev´enement sera dit hors temps si au moins une cellule du calorim`etre a enregistr´e un signal pour lequel la diff´erence de temps (t<sub>TileCal</sub>− tdeclenchement) se situe hors de la fenˆetre [-40 ns, -20 ns]. Typiquement ce crit`ere rejette environ 10% des ´ev´enements.