Méthodologie de réparation

Cette méthode est insérée dans la chaîne d’analyse de PandaX-III à travers un processus REST nommé TRestTrackRepairProcess en sortie de TRestHitToTrackProcess (Figure 6-16) . Le positionnement de ce processus avant TRestTrackReductionProcess permet d’effectuer la réparation du signal avant la partie intensive en puissance de calcul de la reconstruction au prix de la perte d’information du chemin de la trace.

Figure 6-16 : Chaîne d’analyse utilisée pour tester et qualifier une méthode de réparation de l’énergie. On remarque l’absence des processus chargés de la reconstruction des traces qui doivent être employés après la reconstruction des événements.

TRestTrackRepairProcess fonctionne sur une méthode d’interpolation linéaire qui cherche à positionner de nouveaux hits d’origine dans la trace d’origine directement sur les pistes désactivées dans chaque projection de l’événement. Dans un souci de simplification des notations, on utilisera la projection XZ et on appelle défaut un ensemble de pistes désactivées consécutives. Dans un premier temps, on considère la projection XZ de chaque détecteur et on considère seulement les hits enregistrés par le détecteur en question. Si l’énergie enregistrée par le détecteur n’est pas nulle, une tentative de réparation du signal est effectuée pour chaque défaut présent dans le détecteur. Cette

Impact des défauts des détecteurs Micromegas

119 | réparation du signal génère des hits sur les pistes désactivées sur la base d’une interpolation des hits présents sur les hits des pistes adjacentes au défaut. Une fois toutes les projections traitées, on obtient une trace réparée qui remplace la trace d’origine dans la chaîne de reconstruction (Figure 6-17).

Figure 6-17 : Exemple d’une trace dont deux pistes ont été désactivées (bandes grises) à droite et de la réparation proposée avec les nouveaux TRestHits (rouge) positionnés sur les pistes désactivées. Cette réparation est réalisée à partir d’une interpolation des regroupements d’énergie présents sur les pistes voisines

Le principe de réparation en lui-même utilise la disposition du signal autour du défaut. On répère les pistes défectueuses contenues dans le défaut puis on essaie d’interpoler l’énergie manquante à partir des pistes fonctionnelles adjacentes au défaut. On distingue la piste adjacente gauche (resp. Droite) comme la piste la plus proche du défaut et dont la position X ou Y est inférieure (resp. Supérieure) à celles contenues dans le défaut (Figure 6-18).

Figure 6-18 : Zone de travail pour l’algorithme de TRestTrackRepairProcess. Pour chaque piste défectueuse (bande grise), on identifie les groupements de hits (bleu) et on les groupe en segments (traits noirs). Ensuite, on apparie les segments basés sur l’angle entre le segment formé par leur centre (rouge) et l’axe X/Y

Pour chaque piste adjacente, les hits sont regroupés en segments. L’identification des segments se fait en parcourant la piste adjacente des valeurs en z les plus élevées jusqu’à rencontrer un hit d’énergie non nulle qui définit le premier point du segment. Ensuite, on cherche s’il existe un hit dans une distance d sur la piste adjacente. Si c’est le cas, on continue la recherche de hit dans une distance d à

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120 | partir du précédent hit trouvé. Dans le cas contraire, le segment est refermé avec le dernier point ajouté. Ensuite, on attribue au segment une énergie égale à la totalité de l’énergie de ses hits. Une fois l’opération réalisée pour les pistes adjacentes droite et gauche, une étape d’appairage des segments a lieu.

On cherche alors à créer des paires de segment de gauche et droite basé sur la proximité des dépôts d’énergie entre eux. Pour chaque segment de gauche identifié sur la piste adjacente gauche, une recherche de segment de droite est effectuée. Pour générer une paire, l’angle 𝜃 formé par les centres des segments gauche et droite et l’axe Z = 0 mm doit être inférieur à un angle d’appairage 𝜃_{𝑟𝑒𝑝𝑎𝑖𝑟} fourni en paramètre de TRestTrackRepairProcess. Une paire est créée pour chaque segment de droite remplissant ce critère. Ces paires de segments identifient les chemins empruntés par les électrons à travers le défaut, il s’agit alors de recréer l’énergie sur chacune des pistes désactivées du défaut sur la base de l’énergie de chacun des segments.

Pour chaque paire de segments, on cherche à recréer les segments constitutifs du chemin emprunté par les électrons dans l’événement. Ces segments, dit réparés, sont positionnés sur les pistes désactivées, leur limite minimale (resp. Maximale) en z est définie de manière à être positionnée sur les segments formés par les valeurs minimales (resp. Maximales) des segments droite et gauche. L’énergie de ces segments réparés est établie à partir d’une interpolation linéaire de l’énergie des segments gauche et droite (Figure 6-19).

Figure 6-19 : Ajout des TRestHits interpolé à partir des segments adjacents à la piste désactivée considérée sur la piste désactivée.

Une dernière étape consiste à répartir l’énergie des segments réparés en un nombre de hits répartis uniformément le long du segment. Ce nombre dépend d’un paramètre donné à TRestTrackRepairProcess. Les hits sont alors ajoutés à la trace d’origine.

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121 | Il existe une option supplémentaire à TRestTrackRepairProcess qui permet de forcer l’énergie des segments réparés à être 1 eV. Cette option permet de connecter des traces morcelées entre elles en ajoutant une somme d’énergie négligeable. En effet, les processus de reconstruction subséquents prendront en compte ces points mais cela n'influence pas l’analyse de l’énergie de l’événement outre mesure.

6.3.2.2 Performances

TRestTrackRepairProcess permet d’identifier et de reconnecter des traces qui ont été fragmentées par un défaut. Dans le cas d’une configuration avec un défaut par détecteur de cinq pistes consécutives par détecteur, 71 % des traces fragmentées ont pu être reconstituées en utilisant un angle d’appairage 𝜃_{𝑟𝑒𝑝𝑎𝑖𝑟} = 60° (Figure 6-22). Les traces encore fragmentées après réparation possédaient des caractéristiques rendant difficile l’identification de la fragmentation, deux cas sont d’ailleurs remarquables. Le premier est créé par une trace avec une trajectoire possédant un angle d’incidence avec le défaut supérieur à 𝜃_{𝑟𝑒𝑝𝑎𝑖𝑟}. Alors, par construction l’appairage des segments ne sera pas possible puisque l’on aura toujours 𝜃 > 𝜃_{𝑟𝑒𝑝𝑎𝑖𝑟} . Le second provient des traces effectuant un demi-tour de la trace dans le défaut ce qui crée deux fragments du même côté du défaut. Par construction de la méthode, il est impossible de réparer un tel cas.

Figure 6-20 : Corrélation entre l’énergie réparée par TRestTrackRepairProcess (abscisse) et l’énergie perdue dans les défauts par TRestSignalCutStripProcess (ordonnée). On simule ici des événements double bêta sans émission de neutrino dans le cas d’un détecteur ayant un défaut de 5 pistes défectueuses consécutives. On observe que l’énergie réparée peut être très grande par rapport à l’énergie réellement perdue dans le cas d’une perte inférieure à 20 keV.

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122 | Bien que la reconnexion des fragments ait un taux de reconnexion suffisant, il n’est pas possible d’en dire autant de l’estimation de l’énergie perdue (Figure 6-20). La majorité des réparations qui sont réalisées sur une configuration avec un défaut de cinq pistes consécutives par détecteur échouent à identifier l’énergie perdue. De plus, on observe un grand nombre de réparations ajoutant une grande quantité d’énergie à l’événement. Ceci se caractérise par l’apparition d’événements réparés avec une énergie supérieure à la zone d’intérêt (Figure 6-21). Ce phénomène n’est observé que sur les cas extrêmes avec des défauts d’au moins trois pistes et n’est pas présent sur les configurations avec des défauts constitués d’une piste désactivée.

Figure 6-21 : Spectre en énergie après application des pistes désactivées (rouge) et après réparation (vert) pour une configuration avec un défaut de cinq pistes défectueuses consécutives par détecteur (haut) et cinq défauts d’une piste par détecteur (bas).