Qualité des données

FIGURE 6.9: Distribution de la multiplicité moyennée sur l’ensemble des plans pour HV=900 V, DAC=2000 et tous les gains de la puce MAROC2 à 16.

Comme nous l’avons présenté dans la section 6.1, la multiplicité est un bon indicateur de la qualité des données. La figure 6.9 présente la distribution de la multiplicité pour une haute tension de 900 V et un DAC de 2000 avec tous les gains à 16. On remarque à nouveau une large queue dans la distribution. En conséquence la moyenne est de 2.14 canaux touchés par couche et par événement et le rms de 5.18. Nous reviendrons plus tard dans cette section sur l’explication de ces événements à large multiplicité.

La multiplicité moyennée sur tous les plans actifs a été utilisée pour caractériser le comportement du détecteur en fonction des différents paramètres. La figure 6.10 montre les résultats obtenus pour les différents balayages utilisés. On retrouve les comportements observés précédemment :

– La multiplicité moyenne augmente avec la haute tension du photomultiplicateur (fig. 6.10(a))

– La multiplicité moyenne augmente avec le gain de la puce MAROC2 (fig. 6.10(b)) – La multiplicité moyenne diminue à mesure que le seuil de discrimination augmente

(fig. 6.10(c))

La figure 6.11 montre l’évolution du pourcentage d’événements avec 0, 1, 2 ou plus de 2 canaux touchés. Cela permet de mieux comprendre l’évolution globale de la multiplicité.

(a) Balayage de la haute tension avec tous les gains MAROC2 à 16 et DAC=2000.

(b) Balayage du gain MAROC2 avec HV=950 V et DAC=2000.

(c) Balayage du DAC avec HV=950 V et tous les gains MAROC2 à 16.

FIGURE6.10:Dépendance de la multiplicité en fonction des différents paramètres variables : haute tension, gain et DAC.

Si l’on regarde d’abord la figure 6.11(a) qui montre l’évolution de ces pourcentages en fonction de la haute tension appliquée au MAPMT, on constate deux évolutions anti-corrélées. La proportion des événements de multiplicité 0 ou 1 diminue au profit des événements de multiplicités 2 ou plus lorsque la haute tension dépasse 850 V. On pourrait s’attendre à ce que l’augmentation de la haute tension entraîne à la fois la hausse de l’efficacité de détection (passage de 0 à 1) mais aussi la hausse du bruit (passage de 0 ou 1 à 2 ou plus). Mais ce que nous montre cette évolution est qu’augmenter la haute tension a plutôt tendance à dégrader le rapport signal sur bruit. Cependant on notera qu’entre 850 et 900 V, l’efficacité de détection augmente de 5 %. N’ayant pas réalisé un balayage très précis au cours de la prise de données, on déduira de cette figure que le réglage de la haute tension à 900 V assure un bon compromis entre efficacité de détection et rapport signal sur bruit. On observe le même phénomène de façon encore plus marquée sur la figure 6.11(b) lorsque l’on augmente le gain de la puce MAROC2.

La figure 6.11(c) apporte aussi de nouvelles informations sur l’évolution en fonction du seuil de discrimination. Pour DAC=1000, la proportion d’événements à multiplicité supé-rieure à 2 est seulement 10 % infésupé-rieure à celle des événements de multiplicité unitaire.

(a) Balayage de la haute tension avec tous les gains MAROC2 à 16 et DAC=2000.

(b) Balayage du gain MAROC2 avec HV=950 V et DAC=2000.

(c) Balayage du DAC avec HV=950 V et tous les gains MAROC2 à 16.

FIGURE6.11: Évolution du pourcentage d’événements avec 0, 1, 2 ou plus de 2 canaux touchés en fonction des différents paramètres variables : haute tension, gain et DAC.

Les données sont trop bruyantes pour être exploitables. Dès que la valeur du DAC dépasse 1500 ce rapport devient acceptable et atteint son maximum pour DAC=2500. Mais comme nous l’avons vu avec la variation de la haute tension, il faut aussi prendre en compte l’effi-cacité de détection. On constate pour cette valeur que le nombre d’événements sans signal représente 15 % alors qu’il vaut 5 % pour DAC=2000. Donc l’efficacité de déclenchement passe de 85 % à 95 %. Le réglage du DAC doit prendre en compte l’efficacité de déclen-chement ainsi que le rapport signal sur bruit. Nous verrons par la suite que la méthode de reconstruction des événements que j’ai développée permet facilement de s’affranchir du bruit. On préfèrera donc choisir DAC=2000 comme réglage par défaut.

Retour sur les événements de haute multiplicité

Cela fut plutôt une grande surprise de retrouver des événements avec de telles multi-plicités car lors du test en faisceau de 2006 ces événements à grande multiplicité avaient été attribué à l’électronique. Cette même électronique ayant été nettement améliorée en

terme de stabilité et de niveau de bruit, nous ne nous attendions pas à retrouver cela. De plus l’association de la PMF et de la carte de test du LAL avait été éprouvée à maintes reprises lors des tests présentés dans le chapitre 5 et n’avait jamais montré de comporte-ment bruyant. J’ai par conséquent mené une étude pour en comprendre l’origine.

La figure 6.12 représente un exemple de la multiplicité d’un plan du côté U en fonc-tion de celle d’un autre plan du côté U (voir figure 6.12(a)) et d’un plan du côté V (voir figure 6.12(b)). Si pour la comparaison entre deux plans du côté U la corrélation est très nette, elle l’est beaucoup moins pour la comparaison entre les plans U et V. Même si l’on retrouve quelques événements corrélés (cercle vert), la majorité des événement ne le sont pas (ellipses rouges). Mais comme le montre la figure 6.13, pour les événements de très grande multiplicité en U (resp. V), la multiplicité des plans V (resp.U) est élevée. On retrouve ici les événements cerclés de ellipses rouges sur la figure 6.12(b).

Il fallait aussi s’assurer que le fait que deux plans appartiennent à la même rangée de PMFs et sont donc lus par la même carte d’acquisition n’ait pas d’influence sur ces observations. Finalement, ce comportement a été observé pour toutes les combinaisons de plans U-U ou U-V étudiées.

(a) U vs. U (b) U vs. V

FIGURE 6.12: Corrélation de la multiplicité entre plans différents. On constate nettement sur la figure (a) que pour deux plans orientés du même côté les événements à haute multiplicité sont corrélés. Pour la figure (b), si quelques événements sont corrélés à très haute multiplicité, la majorité des événements de hautes multiplicités ne sont pas corrélés.

La figure 6.14 représente les distributions de la multiplicité moyenne des plans côté U et V dans le cas d’un run centré sur le détecteur principal (voir figure 6.14(a)) et d’un run centré sur un des détecteurs de recouvrement, celui se situant du côté U (voir figure 6.14(b)). Dans le cas où le faisceau est centré sur le détecteur principal les distributions pour les côtés U et V sont quasi identiques. Tandis que pour le run où le faisceau est centré sur le détecteur de recouvrement, on constate que le côté sur lequel est centré le faisceau présente une distribution nettement plus bruitée. On notera aussi qu’il y a plus d’événements à haute multiplicité quand les runs sont centrés sur les détecteurs de recouvrement.

(a) Côté U (b) Côté V

FIGURE 6.13: Multiplicité moyenne des plans V (resp. U) lorsque celle des plans U (resp. V) est supérieure à 50.

(a) Run avec faisceau centré sur le détecteur principal.

(b) Run avec faisceau centré sur un détecteur de recouvrement.

FIGURE6.14: Distribution de la multiplicité moyenne des plans U et V pour configurations de runs différentes.

du faisceau. C’est grâce à l’étude des runs centrés sur les détecteurs de recouvrement et surtout à l’utilisation de l’extrapolation des traces du télescope que nous avons pu nous en assurer. Comme le déclenchement de l’acquisition des événements du télescope s’opère lorsque l’un des triggers du détecteur ALFA a détecté le passage d’une particule, on peut utiliser le télescope pour déterminer le point d’impact des particules créant ces événe-ments à large multiplicité.

La figure 6.15(a) montre les événements reconstruits dans le télescope pour les runs où le faisceau est centré sur un détecteur de recouvrement. Les surfaces des triggers du trajectographe principal et du détecteur de recouvrement ont été soulignées en rouge. La figure 6.15(b) est une photo du détecteur tel qu’il est vu par le faisceau. L’acceptance du télescope est soulignée de blanc, on retrouve la forme des triggers observés sur la figure 6.15(a). On constate immédiatement la présence de nombreux événements en dehors de l’acceptance des triggers. Or il n’y pas de matière sensible pouvant opérer le

déclenche-(a) Points d’impacts théoriques au niveau du dé-tecteur ALFA des événements reconstruits par le télescope. Les traits rouges soulignent la forme des scintillateurs de déclenchement du détecteur ALFA.

(b) Photo du pot inséré dans le détecteur. Le rec-tangle blanc souligne l’acceptance du téles-cope. La forme bleu montre le volume de la bride que rencontre le faisceau sur son pas-sage.

FIGURE 6.15: Résultats obtenus avec les runs pour lesquels le faisceau est centré sur un des détecteurs de recouvrement.

ment dans cette région du détecteur. C’est ce que montre la figure 6.16. Les fibres qui relient les triggers aux photomultiplicateurs sont de simples fibres optiques et par consé-quent aucune lumière n’est créée lorsqu’une particule chargée les traverse.

On s’intéresse dans un premier temps au nuage de points situé à droite du trigger des détecteurs de recouvrement. Le fait que ces particules provoquent le déclenchement du détecteur ALFA malgré l’absence de trigger prouve que lorsqu’une particule chargée tra-verse les plaques en titane sur lesquelles sont fixées les détecteurs de recouvrement, une gerbe hadronique est générée. Cette gerbe se développe avec un angle solide important dû à la structure en couche des plaques de titane. La gerbe traverse soit les triggers du détecteur principal soit ceux des détecteurs de recouvrement faisant ainsi déclencher le détecteur ALFA (voir figure 6.17).

On remarquera ensuite la forme arrondie en haut à droite de la figure 6.15(a). Cette forme s’explique par le passage de la particule dans la bride qui permet de fixer hermé-tiquement les pots romains au tube du faisceau du LHC (voir figure 6.15(b)). A nouveau, la présence de matériel en amont du détecteur provoque une gerbe qui fait déclencher le détecteur ALFA.

Dans le cas où une gerbe se développe en amont ou à l’entrée du détecteur, nous devrions observer une forte activité dans le détecteur qui expliquerait les larges queues observées sur les distributions de la multiplicité.

FIGURE 6.16: Vue 3D du détecteur complet. Les triggers sont reliés aux photomultiplicateurs à l’aide de fibres optiques et sont donc insensibles lorsqu’une particule chargée les traverse.

FIGURE6.17:Photos du détecteur illustrant comment le passage d’une particule chargée à travers les plaques en titane des détecteurs de recouvrement peut créer une gerbe .

La figure 6.18 montre la multiplicité moyenne de tous les plans (U et V) en fonction de la position reconstruite dans le télescope. On constate que les événements de haute multiplicité correspondent aux événements frappant les plaques des détecteurs de recou-vrement ainsi que ceux frappant la bride. On peut même remarquer que le niveau moyen des événements frappant les plaques des détecteurs de recouvrement est inférieur au ni-veau moyen de ceux qui frappent la bride. On trouve ici l’explication des figures 6.11 et 6.13. Les particules qui frappent la bride créent une gerbe en amont du détecteur à envi-ron 30 cm dont la largeur est suffisamment importante pour illuminer tout le détecteur. Ce

(a) Détecteur de recouvrement (b) Détecteur principal

FIGURE 6.18: Multiplicités moyennées sur tous les plans observées dans le détecteur ALFA en fonction de la position du point d’impact des particules. A nouveau les traits rouges soulignent la forme des scintillateurs de déclenchement du détecteur ALFA. On retrouve sur la figure de gauche la forme de la bride qui relie le support au tube à vide de l’accélérateur.

sont les événements corrélés de la figure 6.12(b), c’est à dire ceux cerclés de vert. Lorsque la particule traverse la plaque des détecteurs de recouvrement droit ou gauche, elle se développe préférentiellement du côté du point d’impact. Ces événements sont ceux cerclés de rouge sur la figure 6.12(b).

Cela confirme l’hypothèse selon laquelle la large queue observée sur la distribution de la multiplicité s’explique par un bruit induit par le faisceau. Pour s’en convaincre nous pouvons sélectionner uniquement les événements où le télescope prédit un point d’impact dans les parties actives du détecteur ALFA. La distribution de multiplicité obtenue est présentée sur la figure 6.19. On constate que tous les événements avec une multiplicité au delà de 30 ont été supprimés.

FIGURE6.19:Visualisation de l’impact de la coupure fiducielle sur la distribution de la multiplicité moyenne. Cette sélection est effectuée grâce à l’extrapolation des traces reconstruite dans le télescope.

Cependant la distribution de la figure 6.19 après sélection présente encore une queue anormalement grande. Elle peut s’expliquer par la différence entre la position théorique des triggers et leurs positions réelles. Une telle différence a pour conséquence que tous les événements hors acceptance ne sont pas nécessairement coupés. A cela il faut ajouter le fait qu’aucune marge de sécurité au bord des triggers n’a été prise. De plus nous ne pouvons pas être sûr d’avoir identifié tout le matériel possible se trouvant devant le dé-tecteur ALFA (support du télescope et autres).

Suite à ces résultats il a été décidé d’ajouter un compteur veto pour le prochain test en faisceau. On notera que ces événements n’avaient pu être observés lors du précédent test en faisceau car les détecteurs n’étaient pas insérés dans les pots romains.

Il est à noter que ces événements seront beaucoup moins probables au LHC, où la dimension du faisceau y sera beaucoup plus faible. Il est de plus compliqué d’évaluer l’impact de ces effets sur la mesure, comme par exemple de l’influence de la première station sur la suivante. On peut envisager que dès lors qu’une particule du halo frappe le détecteur dans les zones sensibles évoquées ci-dessus en même temps qu’un proton élastique, ce dernier sera alors très dur à identifier. On entrevoit ici l’importance d’avoir un algorithme de reconstruction robuste et peu sensible au bruit.