Pr´ esentation du d´ etecteur

Un d´etecteur est construit pour un type de physique `a explorer. C’est ainsi que la plupart de ses caract´eristiques s’en d´ecoulent.

Dans un collisionneur e+e⁻ comme le LEP, et en l’absence de polarisation des faisceaux, les r´eactions observ´ees pr´esentent une sym´etrie sph´erique autour du fais-ceau qui se refl`etera dans la conception du d´etecteur.

Au LEP, les ´ev´enements ´etudi´es e⁺e⁻ → γ , Z0 → f ¯f , e⁺e⁻ → W+W⁻ → f₁f^¯₂f₃f^¯₄ ont en premi`ere approximation, une distribution angulaire isotrope. Une sym´etrie sph´erique serait donc la plus appropri´ee pour le d´etecteur. Techniquement, elle est cependant difficile `a obtenir pour de gros d´etecteurs ; la sym´etrie cylindrique, qui s’en rapproche et qui est plus facile `a construire, a ´et´e adopt´ee par les quatre collaborations travaillant aupr`es de LEP : ALEPH, DELPHI, L3 et OPAL. Les d´etecteurs sont tr`es modulaires afin de permettre un ´eventuel d´emontage dans les meilleurs conditions. Ils sont constitu´es d’un cylindre central ferm´e par deux bou-chons. Un effort particulier a ´et´e fait dans ALEPH pour minimiser les zones mortes du d´etecteur, son hermiticit´e est tr`es grande, les zones non instrument´ees n’exc`edent pas quelques pourcents d’une couverture angulaire parfaite. Avec un poids de 3000 tonnes, il peut s’inscrire dans un cube d’environ 10 m de cˆot´e. L’appareillage est d´ecrit en grand d´etail dans les r´ef´erences [52, 53] et nous ne feront qu’en rappeler les grands traits, en insistant un peu plus sur le calorim`etre ´electromagn´etique qui a ´et´e au centre de notre travail.

Le d´etecteur Aleph (figure 3.1) est compos´e de plusieurs sous d´etecteurs, concen-triques, ayant chacun un rˆole bien particulier pour d´etecter chaque type de particules et mesurer leurs caract´eristiques. Il remplit diff´erentes fonctions : reconstruction tri-dimensionnelle des traces charg´ees et mesure de leur impulsion, mesure de l’´energie des particules, identification des particules, mesure de la luminosit´e des faisceaux, d´eclenchement de l’acquisition. En allant du centre du d´etecteur vers l’ext´erieur, on peut distinguer trois ensembles principaux de d´etecteurs :

– Les trajectographes ou d´etecteurs de traces charg´ees : lors de son passage une particule charg´ee va interagir avec ces d´etecteurs en plusieurs points. La mesure

Fig. 3.1: Sch´ema du d´etecteur Aleph. En partant du point d’interaction, on voit en : (1) le tube `a vide, (2) le d´etecteur de vertex, (3) la chambre interne `a d´erive, (4) les luminom`etres, (5) la chambre `a projection temporelle, (6a et 6b) le calo-rim`etre ´electromagn´etique, (7) l’aimant supraconducteur, (8a et 8b) le calorim`etre hadronique et (9) les chambres `a muons.

de ces points d’impact permet de reconstruire en trois dimensions la trajectoire des particules charg´ees et de d´eterminer leur impulsion. On distingue :

– Le d´etecteur de vertex (VDET) situ´e tr`es pr`es du point d’interaction. Il est particuli`erement utile pour localiser le point de production des particules et permet des mesures de temps de vie. Les particules peuvent y d´eposer jusqu’`a deux points d’impacts.

– La chambre `a trace interne (ITC). Jusqu’`a 8 points de mesures peuvent ˆetre obtenus.

– La chambre `a projection temporelle (TPC). De par ses dimensions elle permet de suivre les particules charg´ees sur une grande distance et consti-tue l’´el´ement essentiel de mesure des impulsions. Elle participe ´egalement `

a l’identification des particules charg´ees en mesurant leur d´epˆot d’´energie par ionisation par unit´e de longueur.

– Les calorim`etres qui stoppent les particules ´electromagn´etiques et hadroniques. La mesure de leurs d´epˆots d’´energie sert `a d´eterminer l’´energie des particules charg´ees et neutres :

– le calorim`etre ´electromagn´etique (ECAL) assure la mesure de l’´energie des particules ´electromagn´etiques et l’identification des ´electrons et photons ; – le calorim`etre hadronique (HCAL) permet la mesure de l’´energie des par-ticules hadroniques et de les diff´erencier puisque ce sont les seules parve-nant `a l’atteindre.

– Les chambres `a muons : essentiellement les muons sont les seules particules qui parviennent `a traverser toute la mati`ere du d´etecteur (en dehors des neutrinos bien sˆur) et seront donc les seules `a interagir avec ce d´etecteur ; ils sont ainsi identifi´es.

La partie centrale est compos´ee de tous ces types de d´etecteurs, tandis que les bouchons ne sont constitu´es que des d´etecteurs les plus externes : calorim`etres et chambres `a muons.

Un aimant supraconducteur cylindrique, de type sol´eno¨ıde, plac´e entre le ECAL et le HCAL, cr´ee un champ magn´etique uniforme de 1,5 T parall`ele au faisceau. Il sert `a courber les trajectoires des particules charg´ees et `a mesurer pr´ecis´ement leur impulsion avec la TPC.

La mesure de la luminosit´e dans la section d’interaction est tr`es importante pour la plupart des mesures. Celle-ci est r´ealis´ee `a l’aide de moniteurs de luminosit´e `a petit angle (LCAL, SICAL, BCAL). Aleph dispose ´egalement d’un moniteur de fonds (SAMBA).

Un des principes autour desquels le d´etecteur Aleph est con¸cu est la granularit´e qui doit ˆetre suffisante pour mesurer ind´ependamment toutes les particules, mˆeme au cœur d’un jet. Ceci est r´ealis´e par la TPC pour la mesure de la quantit´e de mouvement des particules charg´ees, et par un calorim`etre ´electromagn´etique de tr`es haute granularit´e destin´e `a identifier les ´electrons mˆeme dans une zone de tr`es haute densit´e de particules.

Le syst`eme de coordonn´ees utilis´e par Aleph se compose d’un axe z le long du tube `a vide, dans le sens de circulation des ´electrons, l’axe x, horizontal, pointe vers le centre de LEP, et l’axe y, vertical, d´efinit avec x le plan perpendiculaire au d´etecteur. Le centre du d´etecteur d´efinit l’origine. Les coordonn´ees cylindriques (r, θ, φ) sont ´egalement souvent utilis´ees. Les positions radiale (r) et azimutale (φ) sont d´efinies dans le plan (x0y), et θ est rep´er´e par l’angle par rapport `a l’axe z. Soient :

x = r cos θ cos φ, y = r sin θ sin φ, z = r cos θ.