Performances des électrons de haute énergie

La mesure des électrons dans ATLAS est primordiale pour presque toutes les analyses de physique. On veut pouvoir mesurer des électrons sur une gamme d’énergie très étendue, de quelques GeV à plusieurs TeV. On s’intéressera ici aux électrons de haute énergie, soit E> 20 GeV, pour lesquels le détecteur ATLAS a été optimisé, en particulier pour la mesure de la masse du boson de Higgs se désintégrant en quatre leptons. Dans ce chapitre, on verra au paragraphe 5.2 comment l’énergie des électrons est reconstruite. La quantité de matière importante avant le calorimètre constitue un enjeu important de cette mesure. Par ailleurs, si les sections efficaces de production des bosons de jauge augmentent d’un facteur 10 entre le Tevatron et le LHC (pours = 14 TeV), la section efficace de production des jets augmente d’un facteur 100. Pour pouvoir extraire des électrons, il est nécessaire d’atteindre un niveau de réjection des jets d’environ 10 . L’identification des électrons fera l’objet du paragraphe 5.3. Enfin, le paragraphe 5.4 reviendra sur l’évaluation de la quantité de matière avant le calorimètre avec les données enregistrées en 2009 et 2010.Les électrons et photons sont définis par des amas de taille fixe, et selon une méthode dite de « fenêtre glissante » [126]. Cette taille fixe permet une calibration très précise de l’énergie des cellules.Cette méthode se fait en trois étapes, et dans tout ce paragraphe la taille d’une cellule dans fait du cryostat et des services, comme on peut le voir sur la figure 5.1 à droite.Une très bonne connaissance de cette quantité de matière et sa simulation est importante pour plusieurs raisons. Tout d’abord, une partie de l’énergie des électrons va être perdue avant d’en- trer dans le calorimètre, ce qui va nécessiter une correction. Ensuite, lors de la calibration de l’échelle absolue en énergie, mesurée dans les données à l’aide de particules J/Ψ, ou d’événe- ) en fonction de la pseudo-rapidité η et moyennée se- lon ϕ. A gauche, la quantité totale dans le détecteur interne, avec la contribution des diffé- rents composants de ce détecteur. A droite, la quantité totale avant le pré-échantillonneur (en rose) et avant le premier compartiment (en bleu) du calorimètre électromagnétique.Ces termes sont déduits des simulations d’électrons. Ils ont été vérifiés en tests en fais- ceaux [97, 100], ainsi que la linéarité de la réponse, comme on l’a vu au paragraphe 3.1.2.1. On peut voir sur la figure 5.2 à droite la linéarité de cette réponse avec des électrons simulés, et elle est meilleure que 0.5% sur une gamme d’énergie comprise entre 25 GeV et 1 TeV, et sur toute la couverture angulaire [154].

L’identification des électrons est un enjeu majeur au LHC, à cause des processus QCD do- minant largement. Une réjection de 10 des jets et des photons convertis est donc nécessaire. Lamatière avant le calorimètre (cf paragraphe 5.2) rend de plus cette identification plus difficile. Des coupures d’identification ont été définies, dépendant de la pseudo-rapidité et de l’énergie de l’électron, et de rigueur croissante, lâches, intermédiaires, et sévères (nommées par la suite loose, medium, tight respectivement). Exploitant la granularité fine du calorimètre, elles sont basées sur des coupures sur des variables de la forme de la gerbe dans le calorimètre, de la qualité de la trace, et de la concordance entre trace et amas, coupures effectuées pour 10 bins en pseudo-rapidité de 0 à 2.5, et 11 bins en impulsion transverse à partir de 5 GeV. Les effi- cacités de sélection et de réjection données ci-dessous ont été estimées à l’aide de simulations d’événements Z → ee et di-jets, pour des électrons/jets d’énergie transverse supérieure à 20 GeV [155], et utilisent les sélections robustes décrites plus loin.La sélection loose est basée uniquement sur des critères calorimétriques, et s’appliquantaux électrons de pseudo-rapidité η inférieure à 2.47, c’est-à-dire appartenant à la zone de précision du calorimètre. Elle permet d’avoir une efficacité d’identification, de 94.68%, mais unCes coupures ont été optimisées avec les simulations, mais les études avec les premières don- nées [155] ont montré des désaccords avec elles, notamment dans la modélisation des formes transverses de gerbes. Ainsi, la figure 5.4 montre les variables R .Ce désaccord est expliqué en partie par la description du calorimètre par Geant4. En particu- lier, l’absorbeur du calorimètre, qui joue un rôle évidemment important dans le développement des gerbes, est actuellement décrit par un mélange homogène de ses différents composants. En décrivant plus précisément les différentes couches de l’absorbeur : une couche de plomb entou- rée de couches d’acier collées (figure 5.5), on a vu que les variables transverses des gerbes sont mieux décrites. On voit ainsi sur la figure 5.6 la variable d’identification R .