La reconstruction des trajectoires des particules charg´ees

L’ionisation produite dans un milieu par le passage d’une particule charg´ee peut ˆetre utilis´ee pour mesurer sa position et sa trajectoire. De plus, en pr´esence d’un champ magn´etique, l’impulsion et la charge ´electrique des particules charg´ees peuvent ˆetre d´etermin´ees par la courbure de leur trajectoire. Le syst`eme qui permet une reconstruction tridimensionnelle des trajectoires des particules charg´ees dans DELPHI est compos´e par un ensemble de sous-d´etecteurs, plong´es dans un champ magn´etique de 1.23 T parall`ele `a l’axe z et cr´e´e par un sol´eno¨ıde supraconducteur. Les sous-d´etecteurs (des chambres `

a d´erive et des d´etecteurs `a semiconducteurs) sont les suivants : le d´etecteur de micro-vertex (Vertex Detector - VD), le d´etecteur interne (Inner Detector - ID), la chambre `a projection temporelle (Time Projection Chamber - TPC), le d´etecteur externe (Outer Detector - OD), les chambres vers l’avant A et B (Forward Chambers A,B - FCA et FCB) et les chambres `a muons (Muon Chambers Barrel MUB, Muon Chambers Forward MUF, Surrounding MUon chambers MUS).

* Le d´etecteur de micro-vertex (VD)

Le VD est le d´etecteur le plus proche du tube `a vide. D’un rayon interne de 5.6 cm, il couvre la r´egion d’angle polaire comprise entre 20◦ et 160◦. Il est constitu´e de 3 couches de micro bandes de silicium de rayon 6.3, 9.0 et 10.9 cm, chacune constitu´ee de 24 secteurs. Le nombre maximum de mesures en Rφ par trace charg´ee est de 6 et la r´esolution obtenue est σ(Rφ) ≃ 7 µm. Les

Detecteur de Vertex

Detecteur Interne

Calorimetre a Petit Angle

Calorimetre a Tres Petit Angle

Tube a Vide Quadrupole RICH Cylindrique Detecteur Externe

Calorimetre EM a Projection Temporelle Bobine Supraconductrice

Scintillateurs

Calorimetre Hadronique Cylindrique Chambres a Muons Cylindrique

Chambre vers l’Avant A

RICH Avant Chambre vers l’Avant B

Calorimetre EM avant Calorimetre Hadronique Avant Hodoscope Avant Chambres a Muons Avant

Chambres a Muons Supplementaires

F ig . 2. 3: L e d´e te ct eu r D E L P H I. 49

premi`eres et troisi`emes couches du VD sont ´equip´ees de d´etecteurs de silicium `a double faces, ce qui permet d’obtenir une pr´ecision de σ(z) ≃ 9 µm pour des traces perpendiculaires `a l’axe des faisceaux. Ce d´etecteur est essentiel pour la reconstruction des vertex secondaires et donc pour la physique des saveurs lourdes.

* Le d´etecteur interne (ID)

L’ID couvre la r´egion angulaire 15^◦< θ < 165^◦. Il est divis´e en deux parties distinctes : la partie interne (Chambre `a jets) et la partie externe (couches de d´eclenchement-Trigger Layers). La partie interne est divis´ee en 24 secteurs azimutaux. Chaque secteur comprend 24 fils de champ pour la mesure du temps de d´erive. Ceci permet d’avoir un maximum de 24 mesures en Rφ par trace charg´ee. La partie externe est constitu´ee de 5 couches concentriques de 192 chambres `a paille `a d´erive (Straw tubes). Les tubes, introduits en 1995, ont 8 mm de diam`etre et ajoutent jusqu’`a 5 points de mesures suppl´ementaires en Rφ. Ils permettent d’´eliminer les ambigu¨ıt´ees gauche-droite des traces situ´ees dans la chambre `a jets. Ces mesures sont utilis´ees par les trois premiers niveaux de d´eclenchement de l’acquisition des donn´ees. La r´esolution sur la position d’une trace charg´ee est σ(Rφ) = 40 µm et σ(φ) = 1.2 mrad.

* La chambre `a projection temporelle (TPC)

La TPC, principal d´etecteur de traces charg´ees de DELPHI, est une chambre `a d´erive de grande dimension couvrant la r´egion d’angle polaire comprise entre 20◦et 160◦. Sa couverture azimuthale est 96.7%.

dérive des électrons d'ionisation trace d'une particule chargée

enceinte en matériaux composites plaque H.T. axe des faisceaux fils d'amplification pavés chambre proportionnelle 3,340 m 1,216 m

Fig. 2.4: La chambre `a projection temporelle (TPC) de DELPHI.

Son principe de fonctionnement est l’ionisation d’un m´elange gazeux `a la travers´ee des particules charg´ees (80% d’argon et 20% de m´ethane). Les ´electrons ainsi lib´er´es d´erivent sous l’effet d’un champ ´electrique d’environ 187 V/cm vers les extr´emit´es du cylindre. Les ions positifs se dirigent naturellement en sens inverse. La collecte de ces charges, `a chaque extr´emit´e de la TPC, a lieu dans des chambres proportionnelles divis´ees en 6 secteurs dispos´es en ´etoile et couvrant un angle azimuthal φ de 60^◦. Chaque secteur est compos´e des ´el´ements suivants :

– une grille de blocage (grille porte), utilis´ee dans la collecte des charges positives afin de s’affranchir des accumulations de charges d’espace dans les grands volumes de d´erive,

– deux plans de fils, une cathode, une grille de fils de champ et de fils sensibles (192 fils), – une seconde cathode constitu´ee d’une plaque de cuivre de 16 rang´ees de damiers.

Lorsque les ´electrons atteignent les fils sensibles, un ph´enom`ene d’avalanche permet d’amplifier la charge et de mesurer les positions x et y du point d’ionisation. La coordonn´ee z est obtenue `

a partir du temps de d´erive des e⁻ primaires (il y a environ 27 e⁻/cm). La figure 2.4 repr´esente sch´ematiquement la TPC. La TPC donne une information tridimensionnelle sur les positions des particules (R, φ, z) avec une r´esolution σ(Rφ) = 250 µm et σ(z) = 0.9 mm. Dans 82% de la r´egion d’angle polaire couverte, la TPC permet d’obtenir pour une trace charg´ee jusqu’`a 16 me-sures tridimensionnelles pour la position et un maximum de 192 meme-sures de la quantit´e d’´energie ionis´ee d´epos´ee dans le volume de gaz (dE/dx). La TPC est un des d´etecteurs participant au premier niveau du syst`eme de d´eclenchement de la prise de donn´ees. Les conditions de fonction-nement de la TPC sont contrˆol´ees en permanence par un syst`eme de lasers qui mesure la vitesse de d´erive avec une pr´ecision relative de 1/1000.

* Le d´etecteur externe (OD)

L’OD se situe `a deux m`etres du point d’interaction et couvre la r´egion d’angle polaire comprise entre 42^◦et 138^◦. Il est compos´e de 24 modules chacun de 145 tubes de gaz `a d´erives dispos´es en 5 couches. L’OD a une bonne r´esolution sur la position transversale, σ(Rφ) = 110 µm. La position longitudinale est obtenue par le temps de d´erive du signal le long du fil qui est `a l’int´erieur du tube, donnant une mesure rapide de z, σ(z) = 3.5 cm. L’OD intervient dans le premier niveau de d´eclenchement.

* Les chambres vers l’avant A et B (FCA et FCB)

Les chambres vers l’avant A et B sont situ´ees dans les bouchons et sont essentiellement constitu´ees de tubes `a d´erive. Les FCA se situent `a z ≃ ±160 cm du centre de DELPHI et les FCB `a z ≃ ±275 cm. Les angles polaires couverts et la r´esolution des FCA et FCB sont r´esum´es dans le tableau 2.2.

θ σ(x) σ(y) σ(φ) σ(θ)

FCA [11,32]^◦et,[148,169]^◦ 290 µm 240 µm 8.5 mrad 3.5 mrad FCB [11,36]^◦et,[144,169]^◦ 150 µm 150 µm 4.0 mrad/sin θ 3.5 mrad

Tab. 2.2: Angles de couverture et r´esolution des FCA et FCB.

* Les chambres `a muons (MUF, MUB, MUS)

Les chambres `a muons sont constitu´ees d’un ensemble de chambres `a d´erive situ´ees `a environ 4.5 m`etres du point d’interaction. Elles entourent le calorim`etre hadronique. Elles se divisent en trois cat´egories : les MUB dans le baril, les MUS `a 40^◦ et 140^◦, les MUF dans les bouchons. La couverture g´eom´etrique de l’ensemble est comprise entre 9^◦ et 181^◦. La r´esolution en Rφ est, σ(Rφ) ≃ 1 − 5 mm, et la r´esolution en z, σ(z) ≃ 10 mm.