Les d´etecteurs de particules charg´ees

tan^θ 2



La zone d’interaction est tr`es ´etendue en z (voir section 4.1.2). La pseudora-pidit´e peut donc ˆetre calcul´ee `a partir du vertex i.e. le point o`u se produit l’interaction et not´ee η<sub>phys</sub>, ou `a partir du centre du d´etecteur et not´ee η_det. On utilise aussi la dimension R entre deux objets d´efinie comme R =^p(∆η)2+ (∆φ)2.

3.3.2 Les d´etecteurs de particules charg´ees

DØ poss`ede un double syst`eme de d´etection de particules charg´ees (ou trajec-tographe). Ses deux composants, le SMT (Silicon Microstrip Tracker), d´etecteur de

vertex au silicium (semi-conducteurs) et le CFT (Central Fiber Tracker), d´etecteur `a fibres scintillantes, sont plac´es dans un aimant sol´eno¨ıdal. Ils se compl`etent pour re-construire avec pr´ecision, la trajectoire des particules charg´ees. Grˆace `a la courbure induite par le champ magn´etique du sol´eno¨ıde, on d´etermine ensuite la quantit´e de mouvement de ces particules.

Le principe de d´etection des particules charg´ees par des semi-conducteurs s’ap-puie sur la cr´eation de paires ´electron-trou dans le mat´eriau. Les d´etecteurs de trace permettent ´egalement de localiser les vertex primaires et secondaires de l’interaction. Le SMT permet `a la fois une reconstruction des traces des particules charg´ees et une localisation du vertex primaire de l’interaction dans une zone en η tr`es ´etendue, couvrant presque l’ensemble des calorim`etres et syst`emes `a muons. Le design du SMT a dˆu relever plusieurs d´efis techniques. La r´egion d’interaction est tr`es allong´ee en z (sur environ 25 cm) et cela rend difficile de d´etecter les particules en incidence normale avec les surfaces d´etectrices. On a donc choisi une g´eom´etrie cylindrique form´ee d’une partie centrale (six modules en tonneau) entrecoup´ee de disques “F” et de r´egions bouchons `a l’avant et l’arri`ere constitu´ees d’assemblages de disques “H” de plus grand diam`etre (voir Fig. 3.11).

Fig. 3.11 – Vue isom´etrique du d´etecteur de particules charg´ees `a micropistes.

Chaque module tonneau de la partie centrale est compos´e de quatre couches de d´etecteurs au silicium. Les couches sont recouvertes des deux cˆot´es d’“´echelles” de silicium : les couches 1 et 2 comportent chacune 12 ´echelles, les couches 3 et 4 en portent 24. La disposition des ´echelles dans les modules du tonneau est repr´esent´ee sur la Fig. 3.12.

Les modules en tonneau sont ferm´es par des disques “F” recouverts sur chaque face de semi-conducteurs au silicium. Les disques F ont un rayon int´erieur de 2.57 cm et un rayon ext´erieur de 9.96 cm. Ils sont dispos´es `a |z| = 12.5, 25.3, 38.2, 43.1, 48.1 et 53.1 cm. Dans les r´egions avant et arri`ere du d´etecteur, 4 disques “H” simple face et de plus grand diam`etre permettent une d´etection des particules charg´ees `a grande valeur de η. Les disques H ont un rayon int´erieur de 9.5 cm et un rayon ext´erieur de 26 cm. Ils sont dispos´es `a |z| = 100 et 121 cm.

Fig. 3.12 – Vue en coupe du SMT.

Le refroidissement des micropistes de silicium `a moins de 5 est assur´e par la circulation de fluide r´efrig´erant (m´elange d’eau et d’´ethyl`ene-glycol `a 30%) dans les tubes visibles sur la Fig. 3.12.

Durant l’arrˆet de l’acc´el´erateur entre le Run IIa et le Run IIb, une couche de d´etecteur `a micropiste suppl´ementaire a ´et´e ajout´ee au centre du SMT pr`es du faisceau, am´eliorant la mesure du param`etre d’impact¹ des traces et la pr´ecision sur la position des vertex primaires et d´eplac´es. La r´esolution sur la mesure de la position longitudinale du vertex primaire est de 40 µm ; elle est de 10 µm dans le plan (r, φ).

le CFT est constitu´e de fibres scintillantes mont´ees sur huit supports concen-triques occupant le volume d’un cyclindre creux de rayon compris entre 20 et 52 cm depuis l’axe du faisceau. Les deux supports les plus proches du centre du cylindre s’´etendent sur 1.66 m en z, de fa¸con `a s’installer entre les disques H du SMT. Les six autres supports mesurent 2.52 m de long et le plus externe a une couverture en pseudorapidit´e jusqu’`a |η| ≤ 1.7 Chaque support porte une couche de fibres axiales c’est-`a-dire orient´ees selon l’axe du faisceau (z) et une couche de fibres `a un angle st´er´eo en φ de +3˚(u) ou -3˚(v). Les huit cylindres concentriques portent des dou-blets de couches axiales et stereo zu ou zv en alternance. Le support le plus interne du CFT porte un doublet zu. Les fibres ont un diam`etre de 835 µm et sont aussi longues que les supports sur lesquels elles sont fix´ees. Les fibres scintillantes sont coupl´ees `a des guides d’ondes, fibres claires de diam`etre identique et de 8 `a 12 m de long qui conduisent la lumi`ere de scintillation jusqu’`a des compteurs de photons de lumi`ere visible. La diff´erence entre les fibres scintillantes et les fibres claires est la pr´esence d’une coloration fluorescente dans les premi`eres. Leur composition

chi-1

mique est par ailleurs identique. Au total, le CFT compte pr`es de 200 km de fibres scintillantes et 800 km de fibres claires.

La production de lumi`ere dans les fibres se d´ecompose en plusieurs ´etapes. Le mat´eriau de base de la fibre (polystyr`ene) est teint´e avec deux substances fluores-centes (paraterph´enyl et 3-hydroxyflavone). Les excitations du polystyr`ene par le passage des particules vont se transmettre aux compos´es fluorescents qui vont l’un apr`es l’autre absorber les rayonnements et r´e´emettre des photons dans le domaine ultraviolet (∼ 340 nm) puis dans le visible (530 nm). Ces derniers seront guid´es dans les fibres claires jusqu’aux compteurs de photons visibles.

La r´esolution du CFT sur la mesure de la position de l’impact d’une particule est d’environ 100 µm dans le plan (r, φ).