Caractérisation d'un calorimètre hadronique semi-digital pour le futur collisionneur ILC

• Main Author: Kieffer, Robert
• Language: fra
• Published: Université Claude Bernard - Lyon I 2011
• Subjects: [PHYS:HEXP] Physics/High Energy Physics - Experiment; [PHYS:HEXP] Physique/Physique des Hautes Energies - Expérience; Calorimétrie; Chambres résistives à plaques de verre; électronique semi-digitale; alimentation pulsée
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00678578; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/67/85/78/PDF/TheseILC_Electronic_Version.pdf

Le futur collisionneur électron-positon ILC est un projet d'envergure internationale. Il doit poursuivre le programme scientifique actuellement en cours auprès du Large Hadron Collider (LHC) lorsque celui-ci aura atteint les limites de sa sensibilité. Cet ambitieux projet d'accélérateur nécessitera également la mise en place de nouveaux concepts du point de vue de la détection. Afin d'optimiser la reconstruction des événements, une approche basée sur le suivit de particule (Particle Flow) a ainsi été adoptée. Jusqu'à aujourd'hui, les calorimètres hadroniques ont souvent représenté le point faible des expériences de physique des hautes énergies auprès de collisionneurs. En effet, leur faible granularité dégrade fortement la résolution en énergie des jets reconstruits. Dans le cas de l'ILC, il est envisagé d'utiliser des calorimètres de forte granularité de manière à distinguer clairement chaque dépôt d'énergie. Il est ainsi possible d'améliorer la résolution en énergie globale de l'expérience en utilisant le détecteur le plus approprié pour caractériser chaque particule fille issue de la collision. Les membres de la collaboration CALICE sont en charge du développement de ces calorimètres ultra granulaires. Dans ce cadre, plusieurs projets de calorimètres sont à l'étude afin de s'assurer que la technologie finalement choisie soit optimale. Durant ces trois dernières années, j'ai participé au développement de l'un de ces détecteurs : le calorimètre hadronique semi digital SDHCAL. Cet instrument utilise des chambres à plaques résistives de verre (GRPC) en tant qu'élément sensible. Ce calorimètre à échantillonnage comporte 48 plans de détection successifs séparés par de l'acier. Il est segmenté latéralement en cellules de un centimètre carré, pour un total de 50 millions de canaux. La dissipation thermique de l'électronique de lecture embarquée est un facteur clef du projet. Afin d'atteindre une forte granularité tout en évitant d'utiliser un système de refroidissement actif, nous utilisons une électronique de lecture à seuils (semi-digitale) optimisée pour une faible consommation électrique. De plus un mécanisme d'alimentation pulsée a été implémenté dans les puces de lecture. Il utilise la structure en trains des faisceaux du collisionneur pour réduire d'un facteur 100 l'énergie consommée. Ce mécanisme a été mis en oeuvre récemment par notre équipe, prouvant la validité de ce scénario. Après deux années passés à développer nos chambres de détection GRPCs, la mise au point de l'électronique de lecture ayant eut lieu en parallèle, nous avons été capables de produire nos premiers détecteurs de un mètre carré. J'ai ensuite été fortement impliqué dans la construction d'un prototype physique afin de prouver la validité de notre concept de calorimètre. Ce détecteur de un mètre cube contient plus de 400 000 canaux, et pèse presque 10 Tonnes. Durant les derniers mois de ma thèse j'ai contribué activement à la mise en fonctionnement de ce prototype auprès des lignes de faisceaux du CERN. Les premières gerbes hadroniques enregistrées durant cette période ont prouvé par leur qualité que le système fonctionne parfaitement sur le plan technologique. La prochaine étape sera l'exploitation des données enregistrées récemment pour obtenir la résolution en énergie intrinsèque du SDHCAL. Dans quelques années, ce projet ainsi que les projet concurrents seront évalués par une commission en charge de sélectionner la meilleure option pour chaque sous détecteurs de l'ILC.