Optimisation de la s´election des ´ev`enements de volume

volume fiduciel

Le but de la s´election des ´ev`enements de volume fiduciel est d’´eliminer les ´ev`enements proches de la surface (notamment les ´ev`enements `a mauvaise collecte) sans ´eliminer les ´ev`enements de volume. Comme nous l’avons vu, il faut rejeter les ´ev`enements donnant un signal non nul sur VSS. Le choix de la coupure doit tenir compte du bruit de ligne de base de l’´electrode VSS. Il faut choisir l’amplitude maximale accept´ee sur l’´electrode VSS (au lieu de parler d’”amplitude maximale accept´ee sur l’´electrode VSS”, on pourrait aussi quantifier cette coupure en nombre de fois le bruit de ligne de base). Le bruit de ligne de base associ´e `a l’´electrode VSS est d’environ 1.5 keV.

Remarque : Le bruit de ligne de base est calcul´e en traitant le bruit comme un signal et en tra¸cant l’histogramme des amplitudes qui en r´esultent. On obtient une gaussienne centr´ee sur 0. La r´esolution de ligne de base est la largeur `a mi-hauteur (cette largeur `a mi-hauteur est ´egale `a 2.35 σ, σ ´etant l’´ecart-type de la gaussienne).

Choix de coupures sur les voies de veto-surface

La figure 5.6 montre le nombre d’´ev`enements s´electionn´es en fonction de la charge maximale accept´ee sur l’´electrode VSS, ceci pour les ´ev`enements dont le rendement d’ionisation est sup´erieur `a 50% (en rouge) et pour les ´ev`enements dont le rendement d’ionisation est inf´erieur `a 50% (vert). Ce sont ces ´ev`enements `a bas rendement d’ionisation que l’on cherche `a ´eliminer pour rendre la zone du signal WIMP libre de tout ´ev`enement. Les ´ev`enements `a bas rendement d’ionisation commencent `a ˆetre ´elimin´es lorsqu’on s´electionne les ´ev`enements donnant moins de 30 keV sur VSS. En dessous de 7 keV et jusqu’`a

2 keV, on observe un plateau dˆu `a deux ´ev`enements qu’on ne peut ´eliminer sans appliquer une coupure tr`es s´ev`ere. Ils sont vraisemblablement dus `a des neutrons du bruit de fond ambiant. Les ´ev`enements dont le rendement d’io-nisation est sup´erieur `a 50% sont s´ev`erement ´elimin´es pour une s´election des ´ev`enements donnant moins de 2 keV sur VSS. Il existe une valeur de l’ampli-tude maximale accept´ee sur VSS qui permet d’´eliminer les ´ev`enements `a bas rendement d’ionisation tout en conservant les ´ev`enements bien collect´es du volume fiduciel. Il est donc possible d’´eliminer les ´ev`enements qui donnent des rendements d’ionisation faibles tout en gardant les ´ev`enements `a bon rende-ment de collecte en s´electionnant les ´ev`enerende-ments de volume uniquerende-ment. La s´election des ´ev`enements du volume fiduciel exclut aussi certains ´ev`enements `a collecte compl`ete : c’est le prix `a payer pour ˆetre sˆur de s´electionner des ´ev`enements `a mauvaise collecte (cependant cela repr´esente une faible pro-portion du volume total du d´etecteur, environ 12% et donc n’affecte pas fortement la valeur du volume fiduciel).

0 10 20 30 40 50 10⁰ 10¹ 10² 10³ 10⁴

Amplitude maximale sur VS (keV)

Nombre d‘évènements selectionnés

Fig. 5.6 – Nombre d’´ev`enements s´electionn´es en fonction de la charge maxi-male accept´ee sur l’´electrode VSS (repr´esentation semi-logarithmique). En rouge les ´ev`enements dont le rendement d’ionisation est sup´erieur `a 50% et en vert les ´ev`enements dont le rendement d’ionisation est inf´erieur `a 50%

Comparaison du rendement d’ionisation en fonction de l’´energie de recul avant et apr`es s´election des ´ev`enements de volume

Le rendement d’ionisation en fonction de l’´energie de recul est trac´e pour tous les ´ev`enements (cf figure 5.7 `a gauche) et pour les ´ev`enements ne donnant pas lieu `a plus de 2 keV sur l’´electrode VSS (`a droite).

0 50 100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Energie de recul (keV)

Rendement d’ionisation (normalisé)

0 50 100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Energie de recul (keV)

Rendement d’ionisation (normalisé)

Fig.5.7 – `A gauche : Rendement d’ionisation en fonction de l’´energie de recul pour tous les ´ev`enements. Le code couleur indique en vert les ´ev`enements de volume, en rouge les ´ev`enements donnant de la collecte sur les ´electrodes VSS et CS uniquement et en bleu les ´ev`enements mixtes. `A droite : les ´ev`enements ne donnant pas lieu `a plus de 2 keV de collecte sur l’´electrode VSS qui constituent les ´ev`enements de volume. Les 2 ´ev`enements qui figurent dans la bande de recul nucl´eaire sont attribu´es au fond neutron du laboratoire. Les ´ev`enements qui figurent entre les 2 bandes sont bien ´elimin´es. Les bandes de recul ´electronique (90% et 99.9 % de niveau de confiance) sont trac´ees en noir et nucl´eaire (90% de niveau de confiance en bleu) ainsi que le seuil de d´eclenchement en rouge (12 keV e.e.).

Avant la s´election, des ´ev`enements de la raie de l’am´ericium tombent `a partir de la zone de recul ´electronique jusque dans la zone de recul nucl´eaire.

Ces ´ev`enements `a mauvaise collecte de charge sont bien plus nombreux que les ´ev`enements `a mauvaise collecte de charge dans un d´etecteur standard `a ´electrodes planaires. Ces ´ev`enements peuvent comporter une partie de la charge pi´eg´ee sur les surfaces libres entre les ´electrodes (ceci est discut´e plus loin dans ce chapitre). On a vu au paragraphe 3.4.2 qu’il existe des lignes de champ coupant les surfaces libres `a cause de l’influence du capˆot de cuivre qui se trouve `a la masse. C’est ce qui explique l’allure de la figure 5.7 de gauche avant rejet des ´ev`enements de surface o`u on note la pr´esence de nombreux ´ev`enements `a bas rendement d’ionisation.

En revanche, apr`es la s´election des ´ev`enements de volume, la zone in-term´ediaire entre les bandes de recul ´electronique et nucl´eaire est vide. Les ´ev`enements donnant lieu `a un d´efaut de collecte sont tous ´elimin´es. Les 2 ´ev`enements de la bande de recul nucl´eaire sont attribu´es au fond neutron du laboratoire. La forte proportion des ´ev`enements ´elimin´es (77%, notamment dans la bande de recul ´electronique) est expliqu´ee par la profondeur d’ab-sorption des γ de 60 keV (environ 1 mm) compar´ee `a la profondeur moyenne de zone de surface pour ces conditions de polarisation (une simulation qui rend compte du nombre d’´ev`enements ´elimin´es est pr´esent´ee par la suite).

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 CI/VSS

Rendement d’ionisation (normalisé)

Fig. 5.8 – Rendement d’ionisation en fonction du rapport des amplitudes CI/VSS.

Ev`enements des zones de champ faible

Parmi les ´ev`enements de la s´election fiducielle, on n’observe pas la pr´esence d’´ev`enements `a bas rendement d’ionisation qui pourraient provenir des zones de champ faible du d´etecteur (o`u la recombinaison pourrait ˆetre plus im-portante) alors que ces conditions de polarisation conduisent `a une ´etendue de ces zones importante (cf chapitre 3) et que la source d’am´ericium d´epose de l’´energie exactement dans ces zones. Les ´ev`enements des zones de champ faible font partie des ´ev`enements `a partage de charge. Ils donnent donc lieu `a de la collecte sur l’´electrode VSS et sont donc rejet´es lors de la s´election des ´ev`enements de volume. Pour les ´ev`enements `a partage de charge, les ´electrons sont tous collect´es sur l’´electrode CS et les trous sont partag´es entre les ´electrodes VSS et CI. Si on trace le rendement d’ionisation en fonc-tion du rapport CI/VSS des ´ev`enements `a partage de charge (cf figure 5.8), on note que plus les trous sont collect´es sur l’´electrode VSS (et donc moins ils le sont sur CI) et plus le rendement d’ionisation est faible. Les ´ev`enements `a bas rendement d’ionisation que l’on voit avant s´election des ´ev`enements de volume semblent donc plus provenir des zones de surface que des zones de bas champ. On verra au paragraphe 5.4.3 que l’´etude du transitoire des signaux permet de confirmer cette hypoth`ese.