Les principales phases du traitement des donn´ees de physique des hautes ´en´ergie sont trait´ees dans plusieurs programmes LHCb, qui sont tous bas´es sur le mˆeme environne-ment de travail appel´e GAUDI, et utilisent la description du d´etecteur [91]. Ceci assure la coh´erence entre les diff´erentes applications, et permet ´egalement la migration d’algo-rithmes d’une application vers l’autre. La subdivision entre les diff´erentes applications a ´et´e faite en prenant en compte leur diff´erentes sp´ecificit´es ainsi que la consommation de temps CPU et la r´ep´etitivit´e des tˆaches effectu´ees. On notera que les donn´ees utilis´ees dans cette th`ese correspondent `a celles g´en´er´ees lors de l’ann´ee 2004 (DC04) et utilisent les applications discut´ees dans les paragraphes suivants.
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2.2. UN D´ETECTEUR POUR LA PHYSIQUE DU B : LHCB 57 2.2.8.1 L’application de simulation : GAUSS
GAUSS est l’application qui simule le comportement du spectrom`etre dans le but d’avoir une compr´ehension des conditions exp´erimentales ainsi que des performances obtenues. Elle comporte deux phases qui peuvent ˆetre ex´ecut´ees simultan´ement ou s´epar´ement. La premi`ere phase consiste en la g´en´eration des collisions protons-protons `a une ´energie dans le centre de masse de 14 TeV et en la d´esint´egration des m´esons beaux dans les canaux d’int´erˆet pour le programme de physique de l’exp´erience LHCb. GAUSS est donc interfac´ee, d’une part avec le logiciel PYTHIA 6.2 pour la production des ´ev´enements et d’autre part avec le logiciel sp´ecialis´e EVTGEN pour la d´esint´egration des hadrons beaux. Les param`etres de PYTHIA ont ´et´e r´egl´es de fa¸con `a reproduire les multiplicit´es en traces charg´ees `a basse ´en´ergie. EVTGEN est un logiciel d´edi´e `a la d´esint´egration des m´esons beaux et initialement d´evelopp´e par la collaboration BaBar pour mod´eliser de fa¸con correcte les d´esint´egrations des hadrons B0 et B+. Etant donn´e la diversit´e des hadrons beaux produits au LHC, une modification a ´et´e n´ecessaire pour LHCb afin de prendre par exemple en compte la production incoh´erente des paires de m´esons B et la production de B0
s. Des mod`eles de d´esint´egrations du B0 ont ´et´e ´etendus au B0
s et les d´esint´egrations des m´esons beaux excit´es ont ´et´e rajout´ees dans les tables de d´esint´egrations. Cette phase de g´en´eration s’occupe ´egalement de simuler les conditions de fonctionnement de la machine, le changement de luminosit´e durant l’injection 5. Les collisions simple et double sont produites selon la luminosit´e choisie. Les particules ainsi produites lors de la g´en´eration sont enregistr´ees sous un format g´en´erique HepMC.
La seconde phase de GAUSS consiste `a simuler l’interaction des particules, produites dans la phase de g´en´eration, avec la mati`ere du d´etecteur. Cette partie de la simulation est effectu´ee par le logiciel GEANT4 via un ensemble d’interfaces regroup´ees dans un environnement de travail sp´ecialis´e : GiGa. Celui-ci permet la conversion de la g´eom´etrie du d´etecteur LHCb en une g´eom´etrie propre `a GEANT4. GiGa convertit ´egalement les sorties de la phase de g´en´eration en un format d’entr´ee compr´ehensible `a GEANT4. Fina-lement, le r´esultat de GEANT4 sous forme de points de mesure produits dans le d´etecteur ainsi que l’histoire Monte Carlo vraie est de nouveau converti en la mod´elisation des ´ev´enements LHCb.
A la fin de l’ann´ee 2003, GAUSS a remplac´e la pr´ec´edente simulation bas´ee sur du language fortran. Quant `a la simulation GEANT4, elle a ´et´e adapt´ee de fa¸con `a prendre en compte les sp´ecificit´es de l’exp´erience LHCb.
2.2.8.2 L’application de r´eponse du d´etecteur : BOOLE
Le programme de discr´etisation, BOOLE, est la derni`ere ´etape de la simulation du d´etecteur LHCb. Elle applique la r´eponse du d´etecteur aux points de mesures g´en´er´es lors de la phase pr´ec´edente. Ce programme simule ´egalement les r´eponses des sous-d´etecteurs et de l’´electronique incluant la simulation des imperfections telles que le bruit, le cross talk et les voies mortes. Le format de sortie de cette partie de la simulation sera le mˆeme que celui des futures donn´ees.
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2.2.8.3 L’application pour la reconstruction : BRUNEL
BRUNEL est l’application de reconstruction des ´ev´enements de l’exp´erience LHCb. Elle prend comme entr´ee les objects bruts donn´es par BOOLE `a partir desquels elle produit soit une rDST soit une DST compl`ete, utile pour les analyses dans l’application DaVinci. BRUNEL est organis´e en une s´erie de phases de traitement ind´ependentes qui garantit que les mˆemes algorithmes seront ex´ecut´es `a la fois sur les donn´ees r´eelles et sur les donn´ees simul´ees, et que la reconstruction ne sera pas arrˆet´ee en l’abscence de v´erit´e Monte Carlo.
2.2.8.4 L’application d’analyse : DaVinci
L’environnement de travail pour les analyses de physiques est g´er´e par l’application DaVinci. L’utilisateur peut effectuer des s´elections d’´ev´enements `a partir des objets DST ou rDST de l’´etape pr´ec´edente. Des fichiers de sortie (Ntuples) contenant des objets physiques peuvent ˆetre ´ecrits pour des analyses ult´erieures. Une impl´ementation minimale d’une analyse dans le cadre de ce programme se compose :
- de la reconstruction des vertex primaires,
- de l’assignement `a une trace d’une hypoth`ese de particule en utilisant les diff´erents sous-d´etecteurs (RICH, calorim`etre, chambres `a muons),
- d’une s´equence d’algorithmes de s´election.
Afin d’aider les physiciens dans la construction de leurs analyses, DaVinci fournit un cer-tain nombre d’utilitaires, dont LoKi6. LoKi [92] est un outil pour les ´etudes de physique qui fournit un ensemble d’outils d’analyse perfectionn´es avec une s´emantique orient´ee physique. C’est dans ce cadre que le travail de th`ese pr´esent´e ici a ´et´e conduit.
2.2.8.5 Les ´echantillons d’´ev´enements Monte Carlo utilis´es Pour d´evelopper l’analyse du canal B0
s → D+
s D−
s dans LHCb, on dispose ainsi des ´echantillons simul´es et compl`etement reconstruits suivant la proc´edure pr´ec´edement d´ecrite :
- Un ´echantillon de 4.105 ´ev´enements B0
s → D+
s D− s. - Un ´echantillon de 28.106 ´ev´enements de b¯b inclusifs.
- Un ensemble de d´esint´egrations sp´ecifiques de hadrons beaux dans l’optique d’une ´etude d´etaill´ee du bruit de fond.
Pour tous ces ´echantillons, la particule d’int´erˆet doit avoir son angle polaire dans l’accep-tance du d´etecteur (plus petit que 400 mrad). Cette coupure au niveau du g´en´erateur a ´et´e adopt´ee afin de ne pas reconstruire les ´ev´enements dont les particules issues des d´esint´egrations int´eressantes ne sont pas dans l’acceptance du d´etecteur. Avec cette m´ethode, 34.7%, 43.2% de l’ensemble des ´ev´enements g´en´er´es dans 4π sont retenus res-pectivement pour les ´ev´enements de signal et les ´ev´enements de b¯b inclusifs.
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Chapitre 3
Le d´etecteur de pied de gerbe de
l’exp´erience LHCb
3.1 Fonctionnalit´es du PreShower (PS)
Le d´etecteur de pied de gerbe (PS) fournit une segmentation longitudinale pour la d´etection de gerbes ´electromagn´etiques. Il est situ´e devant le calorim`etre ´electromagn´etique (ECAL) avec une correspondance une `a une entre les tours du ECAL et les cellules du preshower. Il est utilis´e au premier niveau du syst`eme de d´eclenchement en conjonction avec les informations du ECAL et du HCAL pour rechercher des amas d’´energie dans des cellules 2 × 2 et pour s´eparer les gerbes ´electromagn´etiques de celles des hadrons de plus grande ´energie transverse. La seconde fonction du preshower est hors ligne. Il s’agit de corriger la mesure de l’´energie par le calorim`etre ´electromagn´etique de l’´energie d´epos´ee dans le PS. Le PS est constitu´e d’un drap de plomb (2.5 X0) suivi d’un plan de scintillateur charg´e de mesurer l’´energie d´epos´ee dans le convertisseur. La s´eparation ´electron/pion est bas´ee sur le fait que les ´electrons produisent une gerbe qui prend naissance dans l’absorbeur de plomb avec la majeure partie des particules secon-daires qui quittent le plomb et atteignent le scintillateur, et donc induisent un signal qui est beaucoup plus grand qu’un signal typique de pions charg´es. Ce signal est repr´esent´e statistiquement sur la figure 3.1 o`u les ´electrons d´eposent dans le preshower beaucoup plus d’´energie que les pions.