Pi´edestaux

Pour pouvoir d´eterminer une intensit´e en photo´electrons, il est n´ecessaire de connaˆıtre le z´ero (absence de signal) en pas d’ADC de la r´eponse de la cam´era. Pour H.E.S.S., il existe deux types de pi´edestaux.

• Pi´edestaux ´electroniques

Il s’agit de la distribution de charge mesur´ee dans le noir (capot ferm´e) par un d´eclenchement al´eatoire. Le spectre obtenu est un pic unique gaussien dont la largeur correspond au bruit ´electronique et thermique des PMs et du syst`eme d’acquisition (Fig. 8.1). La valeur moyenne sur l’ensemble des pixels, se situe vers -11500 pas ADC, ce qui correspond `a la valeur attendue (cf partie 5.4.3).

Pour les prises de donn´ees de bonne qualit´e (i.e. dont la temp´erature en cours d’acquisi- tion a vari´e de moins de 0,2◦

68 CHAPITRE 8. ETALONNAGE DU D ´ETECTEUR ADC counts -12000 -11950 -11900 -11850 -11800 -11750 -11700 Entries 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

Fig. _{8.1: Spectre obtenu dans le noir pour un pixel.}

dans la voie de haut-gain et de 6 pas ADC dans la voie de bas-gain. Le suivi des pi´edestaux ´electroniques nous permet de connaˆıtre l’´evolution des PMs et de d´etecter les voies endom- mag´ees (´elargissement trop important de la gaussienne).

• Pi´edestaux en prises de donn´ees sur source

Pour les diff´erentes acquisitions de donn´ees, on d´etermine ´egalement la position des pi´edestaux. La diff´erence par rapport au cas pr´ec´edent est que les pixels, en plus d’un ´eventuel signal Tche- renkov, re¸coivent une faible illumination qui provient essentiellement de la lumi`ere des ´etoiles. Cette illumination va produire une pollution dans la fenˆetre de lecture dont il faut tenir compte. La connexion entre la sortie des PMs et leur ´electronique est faite par un circuit RC dont le temps caract´eristique θ, de quelques µs, est beaucoup plus grand que la largeur τ d’un signal photo´electron d’un PM (quelques ns). La cons´equence est que le signal d’un photo´electron est suivi d’un signal de signe oppos´e durant une p´eriode de quelques θ (d´echarge du circuit). La figure 8.2 montre une repr´esentation de ces deux composantes dans la r´eponse d’un PM.

Si un nouvel ´ev´enement arrive avant la fin de la p´eriode de quelques θ n´ecessaire pour que la ligne de base soit revenue au 0, le signal est alors l´eg`erement d´ecal´e en amplitude.

Le taux moyen de bruit de fond de ciel re¸cu par les PMs de H.E.S.S. est de l’ordre de 108 _Hz,

donc lors de l’arriv´ee d’un signal Tcherenkov, il y aura eu un d´ecalage de la ligne de base par la somme des composantes n´egatives d’´ev´enements de bruit pr´ec´edents. De plus, on peut avoir dans la fenˆetre de lecture tout ou partie d’un signal de bruit. Le spectre du pi´edestal dans les donn´ees est la superposition d’un pic (ensemble des d´ecalages provenant des ´ev´enements de bruit avant la fenˆetre de lecture) et d’une distribution plus large `a droite du premier pic (tout ou partie d’un ´ev´enement de bruit dans la fenˆetre de lecture).

Dans ce cas, le premier pic correspond au z´ero en intensit´e vu par le PM mais il ne correspond pas au z´ero en intensit´e Tcherenkov, il faut enlever la contribution du bruit de fond de ciel dans le fenˆetre de lecture pour connaˆıtre ce dernier.

8.1. DES PAS D’ADC AUX PHOTO ´ELECTRONS 69 temps 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 amplitude (u.a.) -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 Signal Photoelectron τ θ

Fig. _{8.2: Amplitude du signal d’un photo´electron (× -1) au cours du temps. La contribution n´egative} correspond au rebond du circuit RC. Cette figure n’est pas `a l’´echelle.

ADC counts -12300 -12200 -12100 -12000 -11900 0 50 100 150 200 250 300 350 ADC counts -12200 -12000 -11800 -11600 -11400 0 20 40 60 80 100 120

Fig._{8.3: gauche Spectre obtenu apr`es nettoyage dans une r´egion sombre du ciel (M 87). droite Spectre} obtenu dans une r´egion brillante du ciel (SN 1006).

dans la r´egion de la radio galaxie M87 (hors du plan galactique), la partie droite correspond `a la r´egion du reste de supernova SN1006 (dans le plan galactique). On peut remarquer que la forme est diff´erente suivant l’intensit´e du bruit de fond.

Si l’on augmente le taux de bruit de fond, le premier pic se d´ecale vers les valeurs n´egatives en ADC et la hauteur de la bosse augmente. Puis les deux composantes fusionnent et le maxi- mum de la nouvelle bosse repart vers la gauche pour se recentrer vers la position du pi´edestal ´electronique.

Les pi´edestaux sont d´etermin´es toutes les deux minutes pour tenir compte d’´eventuels effets de temp´erature au cours de l’acquisition. Afin d’´eliminer toute pollution Tcherenkov dans la d´etermination du pi´edestal, pour chaque ´ev´enement enregistr´e, on enl`eve tous les pixels ayant une intensit´e sup´erieure `a 1,5 pe (le piedestal, pour la d´etermination de cette premi`ere inten- sit´e, est pris comme ´etant la moyenne de la distribution des intensit´es sur les 500 premiers ´ev´enements). On prend alors la valeur moyenne de la distribution tous les 20000 ´ev´enements, les donn´ees des pi´edestaux sont alors enregistr´ees dans un fichier au format ROOT disponible

70 CHAPITRE 8. ETALONNAGE DU D ´ETECTEUR

pour l’analyse pour les deux canaux d’amplification.

La forme employ´ee pour ajuster les pi´edestaux dans chacun des pixels varie selon la voie de gain utilis´ee. Pour la partie bas-gain on utilise une gaussienne. Les effets du bruit de fond, qui sont de l’ordre de 1 `a 2 photo´electrons, ne sont en effet pas visibles dans ce canal d’amplification. Le pi´edestal de la voie de haut-gain peut ˆetre ajust´e de deux mani`eres diff´erentes. La premi`ere utilise la forme d´ecrite dans l’´equation 8.3 (voir partie 8.1.2) qui est une somme discr`ete de photo´electrons. Cet ajustement introduit un l´eger biais dans la situation pr´esente puisque nous avons des fractions de photo´electrons. Une seconde forme a ´et´e d´evelopp´ee dans le cadre de l’exp´erience CAT [36] et adapt´ee `a H.E.S.S. [37]. La forme utilis´ee repose sur une simulation Monte-Carlo reproduisant les effets de rebond des circuits RC de lecture des PMs et est d´ecrite par :

PN SB = p × δ(Q + RN SB∆t) + aν+1 Γ(ν + 1)(Q + RN SB∆t) ν exp [−a(Q + RN SB∆t)] (8.1) avec p = exp(−RN SBT ) a = ν + 1 RN SB∆t(1 − p)

– T est une largeur effective sup´erieure `a la largeur de la porte de lecture ∆t – RN SB est le taux de fond de ciel.

– p repr´esente la probabilit´e qu’aucun pe ne soit contenu dans la porte.

– La valeur du param`etre a est choisie de fa¸con `a obtenir une valeur moyenne nulle de la charge.

Cette param´etrisation est reprise en annexe.