Pour estimer les performances d’un syst`eme de scan les crit`eres `a prendre en compte sont : – l’efficacit´e de reconstruction des basetracks et microtraces
– la r´esolution angulaire et en position de l’alignement – la puret´e
Pour tester ces crit`eres et valider les performances du scan, un test en faisceau utilisant des pions de 10 GeV a ´et´e r´ealis´e avec 8 feuilles accol´ees les unes aux autres sans utiliser de feuilles
de plomb. Les feuilles ont ´et´e expos´ees suivant 2 angles en tan(θx) (0 mrad et 200 mrad) et
7 angles en tan(θy) (0, -100, 200,-300, 400, -500, 600 mrad) soit 14 configurations d’angles au
4.4.1 Efficacit´e de reconstruction des microtraces et basetracks et
puret´e
Pour calculer l’efficacit´e, des traces comportant 7 basetracks sont reconstruites `a partir de
FEDRA. Ensuite, ces traces (N7) sont prolong´ees dans la 8e feuille et nous regardons le nombre
de traces `a 7 segments qui co¨ıncident avec une basetrack de la 8e feuille (N8), pour ainsi
former une trace `a 8 basetracks. L’efficacit´e est d´efinie comme le rapport N8
N7. Nous proc´edons
de la mˆeme mani`ere avec les microtraces. Les r´esultats sont pr´esent´es dans le tableau 4.1. Une
puret´e4 de 99 % est atteinte lors de cette reconstruction. En revanche, dans le cas de l’objectif
`a sec, le bruit de fond introduit au niveau des microtraces donc au niveau du scan est 3 fois plus important. Mais les effets au niveau des basetracks et des traces concernant l’efficacit´e de reconstruction, les r´esolutions angulaires sont amoindris en choisissant des coupures adapt´ees
sur le nombre de grains et le χ2 des basetracks. Les r´esultats obtenus sont comparables avec
ceux de l’objectif `a huile. Ces r´esutats sont en accord avec les exigences attendues pour OPERA.
tan(θy) (en mrad) 0 100 200 300 400 500
microtraces 97.8±1.1% 96.6±1.1% 95.0±1.6% 94.1±1.6% 92.8±1.9% 84.5±2.0%
basetracks 87.9±2.4% 84.7±2.1% 85.2±2.4% 85.5± 2.4% 80.0±2.9% 87.8±1.8%
Tab. 4.1 – Tableau r´esumant les efficacit´es de reconstruction des microtraces et basetracks
pour tan(θx)=0 mrad (objectif `a huile).
4.4.2 R´esolutions angulaire et en position
La figure 4.9 r´esume les r´esolutions angulaires et en position pour diff´erentes valeurs angu-laires de l’exposition du faisceau de pions. La resolution varie entre environ 1 µm et 3 µm pour les objectifs `a huile et l’objectif `a sec. La r´esolution angulaire varie de 2 `a 12 mrad pour les deux types d’objectifs. Une d´egradation de la r´esolution se produit pour les plus grands angles. Ces r´esultats sont en accord avec les exigences d’OPERA.
Fig. 4.9 – R´esolution angulaire de l’alignement (figure de droite), les unit´es en ordonn´ees sont en radians. R´esolution en position pour la reconstruction des traces (figure de gauche), les unit´es en ordonn´ees sont en µm. Les figures du haut concernent l’objectif `a huile et celles du bas sont associ´ees `a l’objectif `a sec. Pour les 4 figures, les unit´es en abscisses sont exprim´ees en radians.
Chapitre 5
Calibration de la ligne de faisceau
d’´electrons et exposition des briques
Durant cette th`ese des simulations ont ´et´e r´ealis´ees pour la caract´erisation des ´electrons dans le d´etecteur OPERA. Pour valider les algorithmes, un test utilisant un faisceau pur d’´electrons s’est d´eroul´e en deux ´etapes aupr`es de l’acc´el´erateur DESY. La premi`ere ´etape (d´ecembre 2003) a consist´e en la caract´erisation du faisceau lors de sa calibration puis dans une deuxi`eme ´etape (juillet 2004), des briques ont ´et´e expos´ees `a ce faisceau. Le premier travail dans le cadre de cette th`ese fut d’analyser les donn´ees relatives `a la calibration du faisceau pour en comprendre les caract´eristiques principales. Les chapitres suivants montreront une analyse des donn´ees de l’exposition.
La premi`ere partie expose les motivations physiques ayant conduit `a la r´ealisation du test en faisceau. La deuxi`eme partie d´ecrit l’acc´el´erateur DESY et la ligne de faisceau utilis´ee. La troisi`eme partie pr´esente le dispositif exp´erimental ayant servi pour la calibration. La quatri`eme section est d´edi´ee `a la caract´erisation du faisceau. La derni`ere partie explique la strat´egie d’exposition des briques.
5.1 Les motivations physiques
Les ´electrons sont produits pour le signal dans le canal de d´esint´egration τ →e pour les
oscillations νµ→ντ et dans les interactions νeCC pour les oscillations νµ→νe. La reconstruction
de ces deux canaux n´ecessite dans un premier temps une bonne identification des ´electrons car
dans les interactions νµ NC et CC des pions sont produits et peuvent ˆetre confondus avec les
´electrons. Dans un deuxi`eme temps, la reconstruction de ces deux canaux est aussi bas´ee sur
une analyse cin´ematique de la gerbe ´electromagn´etique. Pour l’analyse de l’oscillation νµ→νe,
l’´electron doit poss´eder une ´energie sup´erieure `a 1 GeV. De plus, l’´energie de l’´electron est une
des trois variables utilis´ees pour une analyse bas´ee sur une m´ethode de χ2 servant `a d´eterminer
la sensibilit´e en sin2(2θ13) de l’exp´erience. Ensuite pour le canal de d´esint´egration τ →e, la
gamme d’´energie autoris´ee s’´etend de 1 GeV `a 15 GeV pour obtenir la meilleure efficacit´e de
reconstruction et ´eliminer le bruit de fond dˆu aux πo produits dans les interactions π− p → π0
n, puis π0→γγ et aussi pour diminuer le bruit de fond issu de la contamination du faisceau en
νe.
Pour ces diverses raisons, dans un premier temps des simulations Monte-Carlo ont permis une analyse et estimation de l’identification et de la reconstruction en ´energie des ´electrons. Ces
r´esultats doivent ensuite `a leur tour ˆetre confront´es `a des r´esultats exp´erimentaux n´ecessaires pour la validation des diff´erents algorithmes. Ce test en faisceau constitue aussi un moyen de tester et de calibrer les syst`emes de scan pour la reconstruction du canal ´electronique.
Les principaux objectifs de ce test en faisceau r´ealis´e aupr`es de l’acc´el´erateur DESY en Allemagne pour l’exposition de briques compos´ees de feuilles de plomb et d’´emulsion sont les suivants :
1. obtenir l’intensit´e la plus faible possible. La diminution de l’intensit´e du faisceau est possible `a partir de l’acc´el´erateur principal et des divers ´el´ements constituant la ligne. 2. choisir la densit´e d’´electrons. Le test est bas´e sur une exposition des briques `a haute
den-sit´e1 (100 e−/cm2) pour l’identification des ´electrons (notamment une s´eparation π/e) et
sur une faible densit´e (1 e−/cm2) pour une ´etude compl`ete de la gerbe et une
reconstruc-tion en ´energie.
3. obtenir un faisceau pur. La contamination provient de la diffusion coulombienne des particules le long de la ligne de faisceau. En revanche aucun autre type de particules (pions, muons,...) n’est pr´esent au sein du faisceau.
L’´energie des ´electrons pour ce test en faisceau se situe dans une gamme d’´energie comprise entre 1 et 6 GeV.