Mise en œuvre du système calorimétrique

Mise en œuvre du système calorimétrique

Le but du système calorimétrique est d’identifier et de mesurer avec une très grande préci- sion l’énergie et la direction des électrons, photons et jets jusqu’à une énergie de quelques TeV. Il a été particulièrement optimisé pour mesurer des électrons et des photons d’énergie comprise entre 30 et 100 GeV, des énergies caractéristiques dans la recherche d’un boson de Higgs. La grande granularité des calorimètres électromagnétiques permet d’identifier les électrons avec une grande réjection des jets. Un élément important est aussi l’herméticité du système, tant la couverture angulaire totale que la profondeur des différents calorimètres. Elle permet de mesurer l’énergie des jets et l’énergie transverse manquante avec une bonne résolution. Testé exhaustivement en tests en faisceaux, il a été totalement intégré et dans l’acquisition en juin 2008. Il a depuis été possible de tester ses performances in situ. Après avoir décrit le système calorimétrique dans la section 3.1, on détaillera la reconstruction d’énergie dans les cellules dans le paragraphe 3.2. On s’intéressera ensuite à la mise en œuvre de cette reconstruction de l’énergie avant les premières collisions dans la section 3.3. Enfin, la section 3.4 montrera le bon comportement des calorimètres avec les premières collisions fin 2009.nage est placé devant le calorimètre de CMS. Les calorimètres à échantillonnage permettent également une segmentation en profondeur. Certains calorimètres (calorimètre électromagné- tique, bouchon hadronique et détecteur à l’avant) utilisent un métal comme absorbeur (plomb, cuivre ou tungstène) et l’argon liquide comme milieu actif, ce dernier ayant l’avantage d’avoir une linéarité intrinsèque, d’avoir une bonne stabilité de réponse dans le temps et une bonne résistance aux radiations. Le calorimètre hadronique à tuiles quant à lui utilise des absorbeurs en acier et des tuiles scintillantes comme milieu actif, ce qui permet d’avoir la profondeur re- quise.

Ces calorimètres [92] partagent tous la même technologie avec l’utilisation de l’argon liquide comme milieu actif. La géométrie et la nature de l’absorbeur diffèrent selon les processus étudiés et le niveau de radiation. De plus, les calorimètres électromagnétiques et hadroniques bouchons, ainsi que le calorimètre à l’avant, partagent la même enceinte. Cette technologie a déjà été utilisée par de précédentes expériences (SLD [94], H1 [95], D0 [96]), mais le nombre de cellules est 3 à 5 fois plus important, puisque les calorimètres à argon liquide d’ATLAS en contiennent 182468. Plus de détails sur le nombre de cellules et la granularité des calorimètres sont disponibles dans l’annexe B. Le calorimètre électromagnétique sert à identifier et à mesurer l’énergie des électrons et des photons. Il est constitué d’un tonneau (souvent abrégé en EMB, ElectroMagnetic Barrel) et de deux bouchons (souvent abrégés en EMEC, ElectroMagnetic End-Cap). Le tonneau a une L’absorbeur est constitué de plaques de plomb et l’argon liquide est utilisé comme milieu actif. Le calorimètre électromagnétique a la particularité d’avoir ses couches d’absorbeurs et d’électrodes pliées en accordéon, comme on peut le voir sur la figure 3.1 à droite. Ceci permet d’avoir une couverture complète le long de l’angle azimutal ϕ sans coupure. roue et la petite roue respectivement [99]. Ces résultats sont pour l’instant supérieurs aux at- tentes, à cause des non-uniformités, car l’intercalibration des régions en η et en φ n’est pas encore possible à cause du manque de statistique.

La linéarité de la réponse a également été mesurée en tests en faisceaux pour un point du tonneau (η = 0.687), et la non-linéarité a été mesurée inférieure à 0.1 % pour un module seul [97] pour des électrons d’énergie comprise entre 15 et 180 GeV. Dans des tests en faisceaux combinés, où les éléments du détecteur interne ajoutent de la matière avant le calorimètre, en ajoutant de la matière devant le calorimètre pour imiter des conditions réelles (avec un total compris entre 2.4 et 3.3 X de matière avant le calorimètre et des électrons d’énergie supérieure à 40 GeV.En combinant les résultats des termes constants locaux et des linéarités, un trouve un terme global constant de cment, et permet une herméticité presque parfaite. Il est constitué de deux bouchons qui sont séparés en 3 modules : le premier contient du cuivre comme absorbeur et est consacré aux me- sures électromagnétiques, alors que les deux suivants contiennent des absorbeurs en tungstène et sont consacrés aux mesures hadroniques. Sa longueur d’interaction totale est de 10 λ Le système calorimétrique d’ATLAS est non-compensant, c’est-à-dire que sa réponse est différente pour les gerbes électromagnétiques et pour les gerbes hadroniques. Comme leurs dépôts d’énergie sont de nature différente, leur conversion en signal électrique a une efficacité différente. Le rapport d’efficacité entre ces deux types de dépôts est habituellement appelé « rapport.