Le calorimetre

Initialement con#cu en l'absence d'un champ magnetique central, le calorimetre 22] est l'element central des performances du detecteur D. Il joue en eet deux r^oles fondamentaux: la mesure d'energie des particules electromagnetiques et des hadrons, et l'identication des electrons,

pho-tons, muons et jets presents dans l'evenement. Gr^ace a une reponse proche de l'unite pour le rapport electron/hadron, une bonne hermiticite et linearite, le calorimetre, inchange depuis le Run I, demeure le point fort de l'experience. Seule l'electronique d'acquisition a ete adaptee aux nouvelles conditions de prises de donnees, et notamment a la reduction du temps moyen entre deux collisions.

Le calorimetre de D est un calorimetre a echantillonnage particulier: le milieu absorbeur dans lequel se developpent les gerbes EM et hadronique est constitue de plaques d'Uranium deplete le milieu permettant l'echantillonnage de l'energie des gerbes est quant a lui constitue d'Argon Liquide. Ce choix de l'Argon est motive par le gain unitaire, la relative simplicite de l'etalonnage, la "exibilite oerte pour la segmentation du calorimetre en cellules transverses et longitudinales et enn par la resistance de ce materiau aux radiations. Ces raisons contrebalan-cent l'inconvenient de realiser un systeme cryogenique complexe, reposant sur des cryostats de grande taille contenant le detecteur. Les caracteristiques des calorimetres sont reportees dans la Table 10. Central Bouchon EM: Couverture en



j



j1

:

0 1

:

3j



j3

:

7 Nb modules en ) 32 1 Nb d'etages de lecture 4 4 - Nb cellules / etage 2,2,7,10 2,2,6,8 - Absorbeur 3 mm Uranium DU(*) 4 mm DU(*) - Echantilloneur 2

:

3 mm 2

:

3 mm Epaisseur 20

:

5 X0



76



20

:

6 X0



0

:

95



FH (Fine Hadronic): Couverture en



j



j1

:

0 1

:

6j



j4

:

5 Nb modules en ) 16 1 Nb d'etages de lecture 3 4 - Nb cellules / etage 20,16,14 16

- Absorbeur 6 mm Nb-DU(**) 6 mm Nb-DU(**) - Echantillonneur 2

:

3 mm 2

:

1 mm Epaisseur 96 X0



3

:

2



121

:

8 X0



4

:

9



CH (Coarse Hadronic): Couverture en



j



j0

:

6 2

:

0j



j4

:

5 Nb modules en ) 16 1 Nb d'etages de lecture 1 1 - Nb cellules / etage 9 14 - Absorbeur 46.5 mm Cuivre 6 mm Acier - Echantilloneur 2

:

3 mm 2

:

1 mm Epaisseur 32

:

9 X0



3

:

2



32

:

8 X0



3

:

6



Table 10: Caract
eristiques des calorimetres central et bouchon de D . (*)DU signie Uranium D
epl
et
e. (**)Nb-DU est un m
elange de 1.7% Nobium et d'Uranium d
epl
et
e.

Le calorimetre est compose de trois parties placees chacune a l'interieur d'un cryostat: une partie centrale, qui couvre la regionj



j1

:

0 et deux parties \bouchon", qui s'etendent jusqu'a

j



j= 4

:

5, cf Fig.3.35. Chaque partie est composee de trois modules, electromagnetique (EM), hadronique Fin (FH pour \Fine Hadronic") et hadronique Large (CH pour \Coarse Hadronic"). Ces modules sont a leur tour segmentes en tours projectives qui s'etendent sur les trois etages EM, FH et CH. Ces tours sont une superposition de cellules, formees chacune d'une plaque d'ab-sorbeur et d'une anode de Cuivre plongee dans l'Argon liquide, schematisee Fig.3.36. L'anode est placee a une tension positive d'environ 2.0 kV, pour un temps moyen de derive des electrons de 450 ns environ. Des mesures de purete d'Argon sont realisees regulierement 30] an de contr^oler leur niveau de pollution par des molecules electronegatives (comme O2), qui aectent directement la quantite de charges collectees et donc la determination de l'energie. La taille des cellules EM et hadroniques a ete xee de fa#con a correspondre a la taille reelle d'une gerbe EM (1-2 cm) et hadronique (10 cm). La segmentation des cellules est donc &



&



= 0

:

1
0

:

1. Elle permet ainsi la determination de la nature et de la forme de jets partoniques, typiquement contenus dans un c^one de rayon &

R

=p

&



2+ &



20

:

5.

Figure 3.35: Vue des trois calorimetres (central et bouchons) de D dans leur cryostat

La partie EM mesure l'energie et l'extension des gerbes electromagnetiques. Elle est composee d'une succession de 4 couches de \cellules"representant respectivement 2, 2, 6.8 et 9.8 longueurs de radiations X0. La 3eme couche est plus nement segmentee (&



&



= 0

:

05
0

:

05) an de permettre une bonne reconstruction du prol longitudinal de la gerbe au niveau de son extension

maximale.

La section FH est une succession sur trois etages de plaques d'absorbeur plus epaisses que dans la partie EM, representant respectivement 1.3, 1.0 et 0.9 longueurs d'interaction nucleaire



. Enn la section CH arr^ete toute gerbe hadronique avec une epaisseur correspondant a 3.2



. Ne s'echappent de cette partie que des muons de plus de 4 GeV qui deposent un minimum d'energie (MIP) dans les dierentes sections du calorimetre. La structure est similaire dans les parties centrale et bouchon, avec une plus grande epaisseur en terme de



dans cette derniere.

Performances des calorimetres

Les performances des calorimetres sont evaluees sur la resolution en energie des dep^ots EM (electron et photon) et hadroniques (pions, etc), ainsi que sur le pouvoir d'identication des particules EM. La resolution en energie depend des biais sur l'etalonnage du detecteur (terme de calibration C), des "uctuations statistiques dans l'echantillonage (ou \sampling"S) et de la contribution du bruit (ou "noise" N) provenant de la radioactivite de l'Uranium, de l'electronique d'acquisition et des eets de l'empilement d'evenements. Elle s'ecrit:

E

E

= s

C

2+

S

2

E

⁺

^NE

2²

Les parametres C, S et N sont estimes au cours de tests en faisceau eectues sur dierents types de particules, classees selon leur mode de deposition d'energie dans les calorimetres. Les mesures du Run I de 1989 a 1994 22] sont representees en fonction de l'energie des particules sur la Fig.3.37.

Figure 3.36: Schema d'une cellule elementaire du

calorimetre Uranium et Argon Liquide de D Figure 3.37: Resolution en energie des calorimetres

EM et hadronique de D

Pour des electrons, la resolution est donnee par la relation:

E

E

⁼ s (0

:

3%)2+ (15

:

7%)2

E

(

GeV

) + ⁽⁰

:

140)2

E

(

GeV

)2

tandis que pour les pions elle a ete mesuree a:

E

E

⁼ s (3

:

2%)2+ (41

:

0%)2

E

(

GeV

) + ⁽¹

:

28)2

E

(

GeV

)2

Ce dernier facteur est crucial pour la mesure de l'energie des jets, et notamment dans le cadre de recherche d'un Higgs se desintegrant en quarks b. La resolution en position sur le pointage des electrons a partir du calorimetre, obtenue avec l'elaboration du prol de la gerbe (centre de gravite et extension) est elle de l'ordre du millimetre.

Au Run II, la presence du nouveau soleno(de a l'interieur du cryostat du calorimetre ajoute 2 longueurs de radiation (

X

o) supplementaires avant le calorimetre et cause une degradation de ses performances sur la resolution en energie ou sur la mesure de la position de la gerbe. En compensation, de nouveaux pre-echantillonneurs ont ete montes sur la paroi interne du calorimetre.

Dans le document Recherche du Higgs au Tevatron (Page 40-44)