HETP

Dans ATLAS, parmi les traces enregistrées par les détecteurs ATLAS-MPX sont les traces ovales. Celles-ci sont produites par les protons ayant une énergie supérieure à en- viron 1 MeV. Elles sont produites aussi par les particules fortement ionisantes générées lors des interactions de neutrons thermiques, lents et rapides avec le silicium ou avec les couches de convertisseurs qui couvrent la surface de chaque détecteur. La figure 6.4 donne le nombre par cm2 de traces ovales enregistrées dans chaque région Ri des dé-

tecteurs MPX02 et MPX12 en fonction de la luminosité intégrée vue par chacun de ces détecteurs. Ce nombre a été déterminé à partir de l’équation 5.1, en remplaçant l’aire du détecteur par l’aire de chaque région Ri. Selon la figure 6.4, le nombre le plus élevé

de traces ovales est mesuré dans la région R3. De plus, l’écart entre la réponse de R3et

celle des autres régions est plus grand que les écarts entre les réponses de ces régions. En fait, la région R3 est sensible aux neutrons thermiques, lents et rapides ainsi qu’aux

protons. Par contre, les autres régions ne permettent de détecter que les protons et les neutrons rapides. En se basant sur cette propriété, une méthode sera proposée dans la section suivante afin d’estimer le nombre de neutrons thermiques et lents détectés à par- tir du nombre de traces ovales enregistrées dans R3. Cette section est donc réservée aux

protons et aux neutrons rapides qui induisent des traces ovales dans toutes les régions, sauf dans R3. Ces particules sont appelées HETP vu le grand pouvoir d’arrêt par ionisa-

tion des particules fortement ionisantes en comparaison avec celui des particules légères chargées. La figure 6.5 montre les distributions en taille et en longueur des traces laissées par les HETP détectées par MPX01 pendant les collisions proton-proton à 7 TeV dans le centre de masse qui ont été produites en août 2010. La majorité des traces ovales pro- duites ont une taille de quelques dizaines de pixels. La taille et la longueur moyennes des traces sont de 18.5 et 8.9 pixels respectivement. En supposant que les HETP détectées sont des protons, l’énergie de ces particules est de 8.6 MeV selon le modèle de partage de charge qui a été élaboré dans le chapitre 3.

traces ovales (R1) traces ovales (R2) traces ovales (R3) traces ovales (R4) traces ovales (R5) traces ovales (R6) traces ovales (R1) traces ovales (R2) traces ovales (R3) traces ovales (R4) traces ovales (R5) traces ovales (R6) a) b)

Figure 6.4 – Nombre par cm2 de traces ovales enregistrées dans chaque région Ri des

détecteurs : a) MPX02 et b) MPX12 en fonction de la luminosité intégrée vue par chacun de ces détecteurs. Ce nombre a été déterminé par l’équation 5.1, dans laquelle l’aire du détecteur a été remplacée par l’aire de chaque région Ri. Les mesures ont été faites

avec un seuil de détection de 8 keV et une tension de polarisation de 100 V pendant les collisions proton-proton à 7 TeV dans le centre de masse.

a) b)

Figure 6.5 – Distribution des HETP détectées par MPX01 (à l’exception de la région R3)

en fonction de : a) la taille et b) la longueur de leurs traces ovales. Les mesures ont été faites pendant les collisions proton-proton à 7 TeV dans le centre de masse qui ont été produites en août 2010. Le seuil de détection est de 8 keV et la tension de polarisation est de 100 V.

La figure 6.6 donne le nombre moyen de HETP détectées par cm2 et par nb-1 en fonction de la position (Z , R) des détecteurs ATLAS-MPX. Il est à noter que le nombre de HETP détectées a été divisé par l’aire du détecteur de laquelle l’aire de la région R3a

été soustraite. Dans ATLAS, les sources secondaires de HETP sont les interactions nu- cléaires de hadrons avec les constituants du détecteur ATLAS, comme les calorimètres hadroniques par exemple. D’après la figure 6.6, le taux de HETP mesuré décroît de 104à 10-4cm-2/nb-1 en s’éloignant de la ligne des faisceaux. Étant chargés, les protons sont plus absorbés dans la matière que les neutrons. Pour cette raison, les blindages de protection d’ATLAS sont composés de polyéthylène qui permet de ralentir les neutrons rapides par collisions élastiques avec les noyaux d’hydrogène. Le taux de HETP me- suré par chaque détecteur ATLAS-MPX est comparé dans le tableau 6.3 à la fluence de protons par nb-1 prédite par GCALOR. Le rapport du taux de HETP sur la fluence de protons par nb-1 est donné dans la dernière colonne du tableau. Dans la simulation, les protons appartenant à la classe des HETP ne sont pas séparés de ceux appartenant à la classe des MIP. Ceci pourrait expliquer le fait que GCALOR prédit un taux de protons supérieur au taux de HETP mesuré. Afin de mieux tester la validité de GCALOR, il est

nécessaire se simuler la réponse des détecteurs ATLAS-MPX aux protons et aux neu- trons rapides.

Figure 6.6 – Nombre moyen de HETP par cm2 et par nb-1 mesuré par les détecteurs ATLAS-MPX. Chaque flèche pointe vers la position (Z , R) du centre de la boîte conte- nant le détecteur correspondant. Les mesures ont été faites avec un seuil de détection de 8 keV et une tension de polarisation de 100 V pendant les collisions proton-proton à 7 TeV dans le centre de masse. Les taux de HETP mesurés sont aussi donnés dans le tableau 6.3 avec leurs incertitudes.

Nombre moyen de Fluence de protons

ATLAS-MPX HETP mesuré prédite par Rapport

[cm-2/nb-1] GCALOR [cm-2/nb-1]

MPX01 (7.91±0.76)E+02 (4.43±0.04)E+03 (1.79±0.18)E-01 MPX02 (3.90±0.38)E+00 (1.26±0.12)E+01 (3.10±0.59)E-01 MPX03 (5.21±0.49)E-01 (1.11±0.29)E+00 (4.69±1.66)E-01 MPX04 (2.18±0.22)E+00 (8.23±1.28)E+00 (2.65±0.67)E-01 MPX05 (5.69±0.54)E-01 (5.99±2.45)E-01 (9.49±4.78)E-01 MPX06 (2.80±0.26)E-01 (3.92±1.75)E-01 (7.14±3.85)E-01 MPX07 (5.47±0.51)E-03 (9.16±3.24)E-02 (5.97±2.66)E-02 MPX08 (1.03±0.08)E-02 (1.21±1.21)E-02 (8.51±8.51)E-01 MPX09 (6.29±0.59)E-02 (4.16±1.20)E-01 (1.51±0.57)E-01 MPX10 (1.35±0.11)E-02 (5.12±2.29)E-02 (2.64±1.39)E-01 MPX11 (7.53±0.73)E-03 (1.26±0.63)E-02 (5.98±3.56)E-01 MPX12 (8.55±0.81)E-02 (4.42±0.61)E-01 (1.93±0.44)E-01 MPX13 (6.07±0.55)E+00 (1.26±0.12)E+01 (4.82±0.89)E-01 MPX14 (8.60±0.83)E+02 (4.43±0.04)E+03 (1.94±0.21)E-01 MPX15 (1.67±0.13)E+04 (5.17±0.16)E+04 (3.23±0.35)E-01

Tableau 6.3 – Fluence de protons par nb-1 obtenue par la simulation GCALOR [49] comparée au nombre moyen de HETP par cm2 et par nb-1 mesuré par les détecteurs ATLAS-MPX. Les résultats de la simulation sont donnés avec une incertitude statistique, ceux des mesures expérimentales sont donnés avec une incertitude égale à l’écart-type de la distribution des nombres de HETP détectées par cm2et par nb-1. La dernière colonne du tableau donne le rapport du taux de HETP mesuré sur la fluence de protons par nb-1 prédite par GCALOR. Les mesures ont été faites avec un seuil de détection de 8 keV et une tension de polarisation de 100 V pendant les collisions proton-proton à 7 TeV dans le centre de masse.