Le syst`eme de d´eclenchement

Le syst`eme de d´eclenchement du d´etecteur ATLAS [99, 100, 101] a ´et´e pens´e en tenant compte des objectifs physiques du LHC et des contraintes induites par le taux

de collisions tr`es ´elev´e (40 MHz). Son but est de s´electionner les ´ev´enements int´eressants et de rejeter les processus de bruit de fond. A la fin de la chaˆıne de s´election le taux d’enregistrement devra ˆetre de 100 Hz. L’acquisition d’un ´ev´enement sera effectu´ee grˆace `a trois niveaux de d´eclenchement (trigger) : LVL1, LVL2 et EF (filtre d’´ev´enement). La figure 2.40 repr´esente le diagramme du syst`eme de d´eclenchement, le taux de s´election, le temps imparti par ´ev´enement et la m´emoire n´ecessaire par seconde sont donn´es.

µ

2 s/evt

100-200 Go/s

~ 1 s/evt

10 ms/evt

1-2 Go/s

40-80 To/s

100-200 Mo/s

: Temps imparti par événement : Mémoire nécessaire par seconde

Fig. 2.40 – Diagramme du syst`eme de d´eclenchement de l’exp´erience ATLAS. Le premier niveau de s´election, purement ´electronique, est localis´e au niveau des d´etecteurs. La s´election d’un ´ev´enement int´eressant devra ˆetre effectu´ee en 2 µs en moyenne. Une partie seulement de l’information des sous-d´etecteurs sera utilis´ee, la totalit´e de ces informations ´etant stock´ee temporairement dans des m´emoires “pipeline” dans l’attente d’une r´eponse positive. La s´election (figure 2.41) se fera sur l’´energie d´epos´ee dans le syst`eme calorim´etrique (comparaison avec des valeurs seuils), sur l’existence d’´electrons, de photons ou de jets isol´es, sur la pr´esence de muons grˆace `a l’information des chambres de d´eclenchement du spectrom`etre `a muons (RPC et TGC) [102]. Une ´energie trans-verse manquante importante est aussi recherch´ee. Les ´ev´enements s´electionn´es (taux de s´election : 75 kHz) seront dirig´es vers les ROD15(traitement des donn´ees) puis les ROB16

pour y ˆetre stock´es avant de rentrer dans le niveau 2 de s´election. Le niveau 1 permet aussi de d´efinir des r´egions int´eressantes dans chaque sous-d´etecteur, elles sont appel´ees RoI17

(figure 2.41) ; elles correspondent aux coordonn´ees (η,φ) mais aussi aux informations telles que l’impulsion transverse et l’´energie transverse manquante.

15. Read Out Driver 16. Read Out Buffer 17. Region of Interest

Fig. 2.41 – Diagramme du niveau 1 du syst`eme de d´eclenchement de l’exp´erience ATLAS et sch´ematisation des RoI.

Le niveau 2 de s´election utilise les informations donn´ees par les RoI. L’existence de muons, ´electrons, photons, taus, hadrons et jets d’impulsion transverse ´elev´ee est v´erifi´ee au niveau 2 par l’utilisation d’informations compl´ementaires, selon le candidat et sa position [103]. Pour les ´electrons isol´es, on utilise la fine granularit´e du calorim`etre ´electromagn´etique ainsi que les d´etecteurs de traces ; principalement les TRT dont les caract´eristiques facilitent l’identification des ´electrons (cf section 2.2.3.3). Pour les pho-tons seul le calorim`etre ´electromagn´etique est utilis´e. L’utilisation des chambres MDT et CSC permet d’identifier les muons d’impulsion transverse int´eressante. L’identification des jets isol´es est principalement effectu´ee au niveau 1, n´eanmoins l’´etiquetage des jets b en utilisant l’information des d´etecteurs internes pourra peut-ˆetre ˆetre effectu´e `a ce niveau (´etudes en cours). Enfin pour les taus, les calorim`etres et le d´etecteur interne sont utilis´es. Au maximum 10 ms seront disponibles par ´ev´enement, le taux de s´election `a la sortie du niveau 2 sera alors d’environ 1 kHz.

La s´election finale est effectu´ee au troisi`eme niveau, appel´e filtre d’´ev´enements. A ce stade de la s´election la totalit´e des informations peut ˆetre utilis´ee pour valider ou rejeter un ´ev´enement ayant pass´e les deux premiers niveaux. En moyenne une seconde sera n´ecessaire, mais le temps de traitement s’´etalera entre 0.1 s pour les ´ev´enements rapidement rejet´es et 100 s pour ceux n´ecessitant une analyse plus compl`ete [101]. L’utilisation d’algorithmes d’analyse “offline”, comme la reconstruction de traces et de vertex, permet d’affiner le choix des ´ev´enements. A la sortie de ce dernier niveau le taux de s´election devra ˆetre de 100-200 Hz. Ce nombre provient des estimations faites sur la statistique n´ecessaire aux recherches envisag´ees et sur les moyens techniques dont nous disposerons pour effectuer les analyses de donn´ees.

Chapitre 3

Construction des bouchons du

calorim`etre ´electromagn´etique

d’ATLAS

3.1 Description

3.1.1 Introduction

Comme nous l’avons vu succinctement dans le chapitre pr´ec´edent (section 2.2.4.1), le calorim`etre ´electromagn´etique du d´etecteur ATLAS est un calorim`etre `a ´echantillonnage plomb-argon. Les composants utilis´es -absorbeurs, ´electrodes et espaceurs- ont une g´eom´e-trie en accord´eon pour ´eviter les zones mortes (signal sorti par l’avant et l’arri`ere du d´etecteur).

Les bouchons couvrent la r´egion 1.375 ≤ |η| ≤ 3.2. Il est divis´e en deux roues concentriques : la roue externe ou grande roue (1.375 ≤ |η| ≤ 2.5) et la roue interne ou petite roue (2.5 ≤ |η| ≤ 3.2) [104]. La figure 3.1a repr´esente le sch´ema d’un bouchon. Celui-ci sera plac´e avec le bouchon du calorim`etre hadronique et les calorim`etres avant dans un cryostat `a 3.64 m du point d’interaction. Ses rayons interne et externe sont respectivement de 30 cm et 2.08 m ; son ´epaisseur est de 51 cm environ (figure 3.1a).

Les bouchon couvrant les r´egion η > 0 et η < 0 sont respectivement nomm´es ECC et ECA1. Ils sont form´es, tous les deux, de huit modules (figure 3.1b), chaque module couvrant 45◦ en φ. Un module est constitu´e de 96 (32) absorbeurs et 95 (31) ´electrodes dans la roue externe (interne). Les derni`eres ´electrodes (96`eme et 32`eme) sont plac´ees durant l’assemblage (int´egration) des modules, pour ´eviter de les exposer `a des chocs l´egers mais pr´ejudiciables.

Le bouchon poss`ede deux particularit´es importantes :

• l’intervalle absorbeur-´electrode, appel´e commun´ement gap, varie avec η. Il d´ecroˆıt de 2.8 mm (η = 1.375) `a 0.9 mm (η = 2.5) dans la roue externe et de 2.7 mm (η = 2.5) `a 1.5 mm (η = 3.2) dans la roue interne, comme nous pouvons le voir sur la figure 3.2 [105].

η

φ

a ^b

Fig. 3.1 – a : Sch´ema d’un bouchon du calorim`etre ´electromagn´etique compos´e de huit modules. b : Sch´ema d’un module.

• L’angle de pliage augmente avec η : d’environ 60◦ `a 122◦ pour la roue externe (figure 3.3) et 55◦ `a 107◦ pour la roue interne [105].

1 cellule φ

R=70 cm(η∼2.5) R=110 cm R=190 cm(η∼1.6)

φ

z

Faisceau

Fig. 3.3 – D´ependance en η de l’angle de pliage, dans la roue externe.

Nous verrons par la suite que ces particularit´es ont ou ont eu des incidences impor-tantes sur la construction, la configuration des ´electrodes et la reconstruction du signal (cf chapitre 5).

Nous allons maintenant d´ecrire plus pr´ecis´ement les ´el´ements constituant les mo-dules, en nous int´eressant aux ´etapes de fabrication, `a leurs dimensions et `a leur compo-sition.