Distributions des traces dans la mini-TPC

Durant cette periode, il n'a ete possible de faire de la reconstruction de traces qu'a basse intensite de faisceau, lorsque le bruit de fond, donc l'occupation dans la chambre, etaient su!-samment bas.

Deux distributions spatiales de traces reconstruites, alors que le courant dans l'anneau etait de 100 mA, sont presentees gures 5.14 ((a) et (b)). Sur chaque gure, les angles des traces recons-truites sont representes pour les donnees et la simulation ponderee par le pro l de pressions. Ces distributions predites et mesurees doivent ^etre comparees qualitativement et pas

quanti-tativement: le fait que le taux de traces predit soit inferieur au taux de traces mesurees est deja connu. Il importe surtout de determiner si les distributions spatiales des traces sont bien reproduites dans la simulation a n de savoir si certaines parties de BaBar seront soumises a un important -ux de bruit de fond imprevu.

Les deux distributions de la gure 5.14 sont celles des angles

des traces, et



des points d'entree des traces dans la mini-TPC. Ces variables sont de nies ci-dessous et gure 5.13.

a b

Figure 5.13: De nition des angles

et



entrant d'une trace dans la mini-TPC. Le schema (a) montre a quoi correspond la variable

. La mini-TPC est representee en coupe dans le plan (R,Z). L'axe Z est celui du faisceau et

est l'angle polaire entre cet axe et la direction d'une particule traversant la mini-TPC. Par convention, le point ou r est minimal est le point d'entree dans la mini-TPC.

varie entre 0 et

. Sur la gure, les cas ou une trace arrive dans la direction des z positifs ou des z negatifs sont representes. Le schema (b) represente la facon de calculer



pour le point d'entree d'une trace dans la mini-TPC. Cet angle est l'angle azimutal du point entrant d'une trace, dans le plan perpendiculaire a l'axe du faisceau. L'axe des X est oriente positivement vers l'exterieur des anneaux.

L'angle .

L'angle

est l'angle polaire des traces par rapport a la direction du faisceau.

Ce qui est appele une trace dans la mini-TPC est un segment compris entre deux points extr^emes (voir section 3.4). Dans la reconstruction, il est impossible de savoir lequel de ces deux points represente le lieu d'entree ou de sortie de la particule dans la mini-TPC. Une convention pour calculer l'angle polaire a donc ete choisie: le point d'entree dans la mini-TPC est l'extremite de la trace la plus proche du faisceau (dans le plan transverse a la direction du faisceau).

Pour determiner l'angle

, les rayons extr^emes (

r

A et

r

B) de chaque trace sont donc calcules:

r

A=q

x

2A+

y

2Aet

r

B=q

x

2B+

y

2B. Si

r

Aest inferieur a

r

B, alors par convention:

r

entrant=

r

A

et

r

sortant=

r

B. L'angle

est alors de ni par l'equation 5.5:

=

arctan

(j ;;;;!

r

sortant; ;;;;!

r

entrantj

z

sortant;

z

entrant ) (5.5) Les valeurs de

comprises entre 0 et ^₂ signent donc des particules arrivant dans la mini-TPC avec la m^eme direction en z que les electrons du faisceau. Au contraire, les valeurs de

comprises entre ₂ et

, correspondent a des particules allant dans le m^eme sens que les positrons circulant dans le LER. Dans le cas du bruit de fond du HER, les valeurs de

comprises entre ^₂ et

peuvent indiquer la presence de particules qui tapent dans de la matiere en aval ou au-dessus de la mini-TPC, creant des gerbes de particules secondaires qui peuvent alors traverser le detecteur avec une direction en z opposee a celle du faisceau.

La gure 5.14(a) montre que la region ou

est compris entre 0 et ₂ domine dans la simu-lation et les donnees ce qui est normal puisque le bruit de fond etudie est celui du HER. Les particules perdues arrivent donc globalement au point d'interaction avec la m^eme direction que le faisceau.

a b

Figure 5.14: Distributions angulaires des traces dans la mini-TPC. Sur la gauche (a):distribu-tion de l'angle polaire

. Sur la droite (b): distribution de l'angle azimutal



du point d'entree d'une trace dans la mini-TPC. Les donnees ont ete prises le 1er fevrier 1999 alors que les col-limateurs etaient ouverts et que le courant dans l'anneau etait de 100 mA. La simulation est ponderee par le pro l de pressions.

En ce qui concerne la comparaison donnees-simulation, sur la gure 5.14(a), il y un exces de ces traces dans les donnees pour

compris entre  et

. Il pourrait ^etre d^u a des particules

arrivant de l'anneau, et heurtant de la matiere proche du point d'interaction, donnant ainsi lieu a des gerbes de particules secondaires qui traversent la mini-TPC en ayant des directions inverses a celle du faisceau.

Ces particules arrivant de l'anneau pour interagir au voisinage de la mini-TPC sont justement largement sous-estimees dans la simulation.

Il est aussi possible que la presence de matiere ne soit pas bien decrite dans la simulation ce qui pourrait expliquer cette dierence.

Du fait de la mauvaise simulation quantitative du nombre de particules arrivant de la region 4, cet exces de traces dans les donnees n'a pas ete juge etonnant. La simulation a montre ses li-mites et celles-ci ne pouvaient laisser esperer un tres bon accord entre les distributions de traces predites et mesurees.

L'angle azimutal du point d'entree d'une trace dans la mini-TPC.

La seconde distribution etudiee est celle de l'angle



des points d'entree des traces dans la mini-TPC dans le plan vertical (X,Y). La representation de cet angle est donnee gure 5.13. Le point d'entree de la trace est, par convention, le m^eme que celui choisi dans le calcul de

. Cet angle



est simplement calcule avec les coordonnees de ce point dans le plan(x,y) (equation 5.6):



_{entrant =}

arccos

(

x

_entrant

r

_entrant^{) (5.6)}

ou

r

=p

x

2+

y

2.

Cette distribution ne donne pas d'information sur l'angle des traces elles-m^emes, mais seu-lement sur la repartition des points d'entree des traces dans le plan transverse de la mini-TPC. Une trace arrivant de l'exterieur de l'anneau sera a



_{entrant nul, tandis que}



_{entrant =}

signe une trace arrivant de l'interieur de l'anneau. La gure 5.14(b) qui represente cette distribution pour les donnees et la simulation montre qu'il y a un accord qualitatif relativement bon entre l'angle azimutal des points d'entree des traces dans la mini-TPC predits et mesures.

Cette distribution montre que les traces entrant dans la mini-TPC en arrivant de l'interieur de l'anneau (a



_{entrant =}

) sont majoritaires. Il est di!cile d'apprehender toute la distribution puisque la region autour de



_{entrant =}

n'est pas couverte par la mini-TPC. Le module de silicium avait d'ailleurs ete place a cet angle pour subir une exposition maximum au bruit de fond venant du HER.

Cette caracteristique du bruit de fond du HER arrivant de l'interieur de l'anneau est en accord avec la gure 4.6 extraite de la simulation de l'anneau.

Depuis que BaBar a demarreil s'est averequ'eectivement, le bruit de fond du HER qui l'atteint, vient en majorite de l'interieur des anneaux.

5.3.5 Conclusion

Cette etude de l'anneau de haute energie avec la mini-TPC a permis de faire des progres dans la comprehension du bruit de fond venant de cet anneau $7].

Les principaux resultats, a l'issue de cette etude, sont:

 La majorite des particules perdues qui sont sources de gerbes de particules secondaires en IR2viennent de la region 4 (de nie tableau 4.1). Ceci a ete mis en evidence par le fait que le bruit de fond est signi cativement reduit lorsque les collimateurs sont fermes.

 L'eet des collimateurs sur la reduction du bruit de fond est extr^emement important (d'un facteur 2.6) comme l'ont montre les experiences de fermetures realisees a deux reprises.

 Un autre facteur de reduction du bruit de fond est le degazage du tube a vide par le faisceau circulant a haute intensite.

 Le -ux de bruit de fond, d^u au faisceau d'electrons, qui atteint majoritairement BaBar, arrive de l'interieur des anneaux.

La section 5.5 decrit brievement comment ces resultats ont ete exploites pour assurer le demarrage de BaBar dans les meilleures conditions possibles.

Une autre des conclusions de cette etude est que la simulation de l'anneau de haute energie n'est pas tres bonne. M^eme si le pro l de pressions determine a rapproche la simulation de la realite, les predictions sous-estiment toujours les taux de traces dans la mini-TPC. Dans le meilleur des cas, a collimateurs fermes, la dierence entre les donnees et la simulation est d'un facteur 3 a 400 mA.

5.4 Etude du bruit de fond dans l'anneau de basse energie lors de

la periode 98-99.

Les resultats presentes ici ont ete obtenus lors d'experiences speci ques pour l'etude du bruit de fond dans l'anneau de positrons. Les dates de ces jours dedies a l'etude de l'anneau ont ete le 20 et le 28 novembre 1998, le 6 et le 12 decembre 1998, et le 14 fevrier 1999.

Cet anneau etant neuf, le vide n'y etait pas bon au demarrage. Ceci explique que les periodes dediees a observer l'evolution du bruit de fond en fonction de l'intensite du faisceau aient ete frequentes dans les premiers temps de la campagne (voir section 5.4.1): il s'agissait d'etudier la diminution du bruit de fond au cours du temps, sous les eets conjugues des pompes et du degazage des parois de l'anneau.

Les resultats obtenus avec les donnees enregistrees lors des periodes dediees, incluent des etudes sur l'evolution du bruit de fond en fonction de l'intensite du faisceau, mais aussi une descrip-tion des eets de la variadescrip-tion du nombre de paquets de positrons circulant dans l'anneau. Ils comportent aussi des comparaisons entre la simulation et les donnees, en terme de distributions spatiales des traces chargees dans la mini-TPC et en termes d'evolution du bruit de fond en fonction du courant du faisceau.

Dans le document Etude du bruit de fond engendré par la machine PEP-II à l'aide d'une mini-TPC. Etude de la désintégration doublement charmée du meson B avec le détecteur BaBar (Page 139-143)