Étude d'un détecteur à rayonnement de transition pour l'expérience DO au FNAL

Study of a transition radiation detector for the DO experiment at FNAL

• Auteur / Autrice : Fabrice Feinstein
• Direction : Yves Ducros
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1987
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Jacques Haissinski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détecteurs de rayonnement

Mots clés libres

Rayonnement de transition

Résumé

L'expérience DZéro étudiera les collisions proton-antiproton à 1,8 TeV dans le centre de masse produites au Fermi National Accelerator Laboratory (USA). Les points forts du détecteur sont un excellent calorimètre hermétique et une très bonne identification des muons et des électrons. Le Détecteur à Rayonnement de Transition contribue à la séparation électron/jet. Le rayonnement de transition est émis lorsqu'une particule chargée traverse l'interface entre deux milieux d'indice différents. Un radiateur de N feuilles produit de l'ordre de N/137 photons X mous lorsque le facteur de Lorentz gamma de la particule est supérieur à un seuil de l'ordre de 1000. L'énergie rayonnée sature lorsque gamma tend vers l'infini. Ces propriétés permettent de séparer les électrons des pions jusqu'à 140 GeV. Le DRT fait 31,5 cm d'épaisseur. La configuration optimale est : soit deux ensembles (radiateur de lithium, détecteur), soit trois ensembles {radiateur de polypropylène, détecteur). Le détecteur de photons est une chambre à fils proportionnelle à dérive longitudinale remplie de xénon. La charge est collectée et échantillonnée à 100 MHz, ce qui permet de reconstruire les amas d'électrons produits par les photons dans le xénon. Cette étude présente les résultats du test sur un faisceau de pions et d'électrons de 5 GeV d'un prototype de chambre et de trois radiateurs en feuilles de lithium, en feuilles de polypropylène et en fibres de polyéthylène. La réponse du détecteur aux pions et aux électrons est confrontée aux prédictions théoriques. Différentes méthodes statistiques de séparation électrons/pions sont comparées sur les données expérimentales. Une méthode utilisant des fonctions de vraisemblance a été mise au point et permet d'atteindre un rejet aux pions supérieur à 50 pour une efficacité aux électrons de 90%. Les performances sont comparées à celles d'autres DRT.

The DZero experiment will study proton-antiproton collisions at 1. 8 TeV in the center of mass produced at Fermi National Accelerator Laboratory (USA). The main features of the detector are an excellent hermetical calorimeter and a very good identification of muons and electrons. The Transition Radiation Detector contributes to electron/jet discrimination. Transition radiation is emitted when a charge particle crosses the interface between two media of different refraction indices. A N foils radiator produces about N/137 soft X rays when the Lorentz factor gamma of the particle is greater than a threshold of the order of 1000. The radiated energy saturates when gamma goes to infinity. These properties allow to separate electrons from pions until 140 GeV. The depth of the TRD is 31. 5 cm. The optimum design is: either two sets {lithium radiator, detector} or three sets {polypropylene radiator, detector}. The photon detector is a xenon filled longitudinal drift proportional wire chamber. The charge is collected and sampled at a rate of 100 MHz, which allows to reconstruct electron clusters produced by photons in xenon. This study presents the results of a test on a 5 GeV electron and pion beam of a prototype of chamber and of three radiators made of lithium foils, polypropylene foils, and polyethylene fibres. The detector response to pions and electrons is compared to theoretical predictions. Different statistical methods of electron/pion separation are compared on the experimental data. A method has been performed using likelihood functions which obtain a pion rejection greater than 50 for an electron efficiency of 90%. The performances are compared to those of other TRDs.