3.5 Le système de déclenchement
3.5.2 Le détecteur V0
3.6 Trajectographie. . . 77 3.6.1 Algorithme detracking. . . 78 3.6.2 Résolution en masse . . . 78 3.6.3 E cacité de reconstruction . . . 78 3.7 Conclusion. . . 80
3.1 Introduction
Le spectromètre à muons est destiné à la mesure des paires de muons de haute
masse,en particulierlaproductiondesrésonancesde saveurslourdes(J= ,)
indis-pensable à l'étude des premiers instants de la collision nucléaire [1, 2]. Il comprend
un absorbeur frontalplacé près du point de collision pour arrêter leshadrons et les
photons, dix chambres de trajectographie de haute résolution avant, après et à
l'in-térieur d'un aimant dipolaire permettant une mesure précisede l'impulsioneten n
un ltre àmuons suivide quatre chambres de trigger( gure3.1). L'optimisationdu
bras dimuons est basée sur lescritères suivants :
une réduction optimale du bruit de fond combinatoireprovenant de la
désintégration muonique en voldes mésons etK;
unedensité de particulesaprèsl'absorbeurfrontalinférieureà10 2
particu-les/cm 2
;
une résolution en masse dans larégion du inférieureà 100MeV =c 2
;
un taux de triggerdimuons danslalimite imposéepar labande passantedu
système d'acquisition du bras dimuons (1kHz);
une bonne acceptance sur les résonances de saveurs lourdes J= et
jus-qu'aux bas p T
.
3.2 Les absorbeurs
Le bras dimuons contient trois absorbeurs : l'absorbeur frontal qui couvre
l'ac-ceptance =2 Æ
9 Æ
, leblindagedu tubede faisceauet le ltreà muons.
3.2.1 L'absorbeur frontal
L'absorbeur frontal doit réduire le ux de particules dans le spectromètre d'au
moinsdeux ordres de grandeur.Safaceavantsesitue àz =90cmdu vertex
d'inter-actiona ndefaireinteragirlespionsetleskaonsavantleurdésintégrationmuonique,
minimisant ainsi le bruit de fond combinatoire. La géométrie et la composition de
l'absorbeur frontal sont présentées sur la gure 3.2. On trouve :
Le blindage interne ( > 4)
Entungstène, il absorbe lesparticules émanantdu tube à vide;
Le cône central (=2:54)
Il est composé de 225cm de carbone suivis de 150cm de béton pour une
lon-gueurd'absorptiontotalede 9 int
.Pour réduirelestauxde photons etde
neu-tronsde basse énergie,la partiearrièreducône central(z >3:7m)est équipée
de plaques de plomb(épaisseur totale de 20cm) alternées de couches de
poly-éthylène boré. Le bore a la propriété d'absorber les neutrons thermiques sans
produireun rayonnement important.Lateneurélevée en hydrogènedu
poly-éthylène ralentitune fraction des neutronsrapides dansune gammed'énergies
Figure 3.1 :Coupe longitudinale duspectromètreà muons.
Le blindage externe
Enplombetpolyéthylène boré,ilest destinéàprotégerlesdétecteurscentraux
d'ALICE (plus particulièrementla TPC) contre larétrodiusionde particules
chargéeset neutres.
3.2.2 Le blindage du tube de faisceau
Le blindagedu tube de faisceau est destiné à absorber les particules émises aux
rapidités > 4 et ainsi réduire le bruit de fond dans lespectromètre à muons à un
niveau acceptable. La géométrie etla compositionde l'absorbeur àpetit angle sont
optimiséesa n d'obtenirune suppressiondu bruitde fondmaximale.Celaest rendu
di cile du fait des densités de particules très élevées produites lors des collisions
centrales Pb-Pb. En eet, plus de 5000 particules sont créées dans la région de
pseudorapidité 4 < < 7 [3]. Une géométrie dite ouverte a été retenue. Le cône
Figure 3.2 : Vues en coupe de l'absorbeur frontal. Il a pour longueur 4:13m (10 int
,
60X 0
)etun poids total de 34tonnes.
1000. 2000.
−100.
0.
100.
Figure 3.3:Vueencoupelongitudinaledublindage detube àvide.La géométrieouverte
doitpermettrel'interaction demésons/K émisdanslarégion =48 aprèslesstations
de trigger.
3.2.3 Le ltre a muons
Un mur de fer de dimensions 5:6 5:61:2m 3
est placé à z = 15m entre la
dernière chambre de trajectographie TC10 et la première station de trigger MT1.
Uneépaisseurde7:2 int
au passage de l'absorbeur frontal. Il réduit le bruit de fond dans les chambres de
triggerd'un facteur 4 sans dégrader la mesure des muons issus des résonances de
quarkslourds.
3.3 L'aimant dipolaire
L'aimant dipolaire ( gure3.4) du spectromètre incurve la trajectoire des muons
dansleplan vertical (directiony).Ils'agit d'unaimantchaud couvrant l'acceptance
angulaire2 Æ
< <9 Æ
. Accolé à l'aimantL3, il a pour dimensions 5m (longueur)
5:48m(largeur)7:35m(hauteur)etpèse690t.L'entreferest de3:90metlechamp
magnétique nominaldélivré 0:7T.
Figure 3.4 : Dipôle du spectromètre à muons du détecteur ALICE. D'une longueur de
5m, il délivre un champ magnétiqueintégré de 3Tm pour une puissance consommée de
4MW.
3.4 Les chambres de trajectographie
Leschambresdetrackingsontaunombrededix(TC1TC10)regroupéesencinq
stationsde deux chambres chacune. Les deux premières stations (TC1/2et TC2/3)
sont placées avant l'aimant dipolaire (z 1
= 5:15m et z 2
= 6:90m). La station 3
(TC5/6) se situe à l'intérieur de l'aimant et les deux dernières stations (TC7/8 et
3.4.1 Implantation et geometrie des chambres
Les muons sont détectés dans un cône de révolution d'ouverture angulaire 2 Æ
<
<9 Æ
. La surface active des six premières chambres est donc simplement le disque
S(z) intersection du cône d'acceptance et du plan z. Lesquatre dernières chambres
doivent détecter les muons après déviation et de ce fait ont une surface active plus
grande que S(z). Le tableau 3.1 récapitule les valeurs des surfaces actives des 10
chambres de trajectographie. ? int (mm) ? ext (mm) z (mm) Station1 364 1766 5400 Station2 464 2238 6860 Station3 660 3166 9750 Station4 670 4405 12490 Station5 670 5132 14490
Tableau 3.1:Surfacesactivesetpositions descinq stationsdetrackingduspectromètre.
Leschambresdetrackingduspectromètreàmuonssontdeschambres
proportion-nelles multi ls à cathode segmentée 1
. La cathode est découpée en bandes (Cathode
Strip Chamber) (station 4 et 5) ou en petites surfaces rectangulaires appelés pads
(Interpolating Pad Chamberou Cathode Pad Chamber) (station1, 2et 3).La
lo-calisationdel'avalanche est mesurée encombinantlesignalde chargeinduitesur les
strips/pads.Lelongdes lsd'anode(y directiondedéviation),lapositionest
recons-truite très précisément ( y
<100m) tandis que dans la direction perpendiculaire,
lamesure est limitée par la répartition discrètede la charge ( x
1:5mm).
La granularité requise ( xée par la surface du strip/pad w x
w y
) est adaptée à
ladensitéde particules présentes sur lasurface active a nde maintenirl'occupation
5%. Enpratique, lacoordonnée y sera donnée par des pads de hauteur w y
xe et
de largeur w x
variable en fonction du rayon transverse constituant le premier plan
de cathode. Lacoordonnée xest quant àellecalculéeàl'aide depads de largeur xe
etde hauteur variable constituantle deuxièmeplan de cathode ( gure3.5).
3.4.2 L'alternative
Nous avons proposé et développé pour la station 3 [5], un modèle de chambre
à une seule cathode segmentée en pads de taille xe. La dimension des pads est
optimiséepour atteindre la meilleurerésolution spatiale possible. A nde maintenir
l'occupation constante.5%, lespads sontlusindividuellement(zone A :33<R<
80cm),pardeux (zoneB :80<R<130cm)outrois(zoneC:130<R<158:3cm)
( gure 3.6).
1
y x d N= d s (cm 2 ) & r %)w x % r %)w y % 15mm5mm 60mm5mm 30mm5mm 7:5mm5mm s=2:5mm 1 er
plancathodique:mesuredey 2
e
plancathodique:mesuredex
Figure 3.5 :Schémade principede lasegmentation standard deschambres detracking
duspectromètreà muons. Lescotes numérique sont celles delastation 1.
voieselectroniques Blocde48 A B C 1583mm 60 mm 3 3 0 mm
Figure 3.6 :Schéma d'une chambre à cathode segmentéeà lectureparallèle dusignal de
charge. Les pads sont lus individuellement (A), par deux (B) ou trois (C) selon le rayon
transverse.Lesrectanglesreprésentéssurlasurfaceactivecorrespondentaugroupement de
48voies électroniques(3 circuits intégrés GASSIPLEX).
Laprésentethèse (chapitres 4,5,6 et 7)décrit letravail de développement d'un
modèle de chambre à cathode segmentée à lectureparallèle.
3.5 Le systeme de declenchement
Lesignal de déclenchement dimuons seradélivré par deux stationsde détecteurs
validation précoce aux chambres de tracking. Un détecteur plus récent appelé V0
complèteral'actuelset-up.LeV0est destinéàgénérer un signalrapideaprès
l'inter-action utilisépour valider ladécision du trigger dimuons.
3.5.1 Les stations de trigger
Principe du trigger dimuons
Lesystèmededéclenchement(trigger)doitsélectionnerlesévénementscontenant
au moins une paire de muons tout en discriminant le signal de physique (dimuons
issus de la désintégration d'une résonance J= ou p.ex.) du bruit de fond
combi-natoire(composanteessentiellementàbasp T
depairesfortuites demuonsprovenant
de la désintégration des mésons/K). Unecoupure sur l'impulsiontransverse de la
trace permet de réduire sensiblement le bruit de fond. Le trigger délivre un signal
dès que deux traces (au moins) de signe opposé (prioritairement)sont détectées et
passent le seuil en p T
pré-dé ni. Deux seuils diérents sont prévus : un seuil bas
(p T
1GeV =c) pour sélectionner les muons issus de la désintégration du J= etun
seuil haut (p T
2GeV =c) pour le.
Structure du trigger dimuons
LetriggerdimuonsestconstituédedeuxstationsMT1etMT2placées
respective-mentà16met17mdupointd'interaction(justeaprèsle ltreàmuons).Unestation
comptedeux plansde triggeridentiques séparésde 15cm(cf. gure3.7).Un plande
triggerest unassemblagede 18modulesRPC(ResistivePlateChamber)simplegap
fonctionnanten mode streamer avec un mélange 49%Ar/40%C 2 H 2 F 4 /7%C 4 H 10 / 4%SF 6
.Les RPC sontsegmentées en strips horizontaux(strips x)sur lapremière
face etverticaux (stripsy)sur la seconde.
Algorithme de trigger
L'algorithmedetriggerestuneséried'opérationsappliquéesauxdonnéesextraites
des RPC en vue d'obtenir le signal de trigger. Les seules informations disponibles
sontlessignauxde chargedigitisésissus desstrips. L'algorithmeest un processusen
3 étapes : un niveau local est suivi d'un niveau régional puis global délivrant en n
lesignal de triggerdimuons.
Les strips x permettent de mesurer la déviation magnétique entre MT1 et MT2
tandisquelesstripsydonnentlapositiondansladirectiondenondéviationassurant
ainsi l'originecorrecte de la trace(vertex d'interaction).
Lamesure du p T
repose sur l'estimationde l'anglede déviation d
représentésur
la gure 3.8. Les paramètres de la trace (x 1 ;y 1 ;z 1 ;y 2 ;z 2
) (où l'indice 1(2) réfère à
la station 1(2)) su sent au calcul d'une valeur brute de l'impulsiontransverse p T
Figure 3.7 : Vue en perspective des deux stations de trigger. Les modules RPC se
re-couvrentalternativement a ndéviter leszones mortes.
p yz = qBL d où 8 < : q = charge de la particule B = champ magnétique L = longueur du dipôle (3.1) d = 1 z F y 1 z 2 y 2 z 1 z 2 z 1 (3.2) x F = x 1 z F =z 1 (3.3) y F = y 2 (y 2 y 1 )(z 2 z F )=(z 2 z 1 ) (3.4) p T = p p x 2 F +y 2 F z F p yz p x 2 F +y 2 F z F (3.5)
L'estimationde l'impulsiontransverse donnée par l'équation(3.5)) est comparée
aux deux seuils en p T
pré-chargés dans des mémoires SRAM (Look-Up Tables)
intégréesàl'électroniquedetriggerlocal.LaréponsedelaLUTestensuitedisponible
auxniveaux de triggersuivantspour nalementdélivrerle trigger nal. Lestaux de
MT1 ~ B z y MT2 d p yz p T !1 z F z 2 z 1 y 1 y F y 2
Figure 3.8 :Principe dutriggerdimuonsbasésurlamesuredel'impulsiontransverse des
traces :plus ladistance entre y F
et laligne p T
! 1 est grande, plus basest le p T de la trace. Pb-Pb Ca-Ca p-p Luminosité(cm 2 s 1 ) 10 27 10 29 10