Contribution au développement du détecteur de Vertex de l'expérience CBM et étude de faisabilité des mesures du flot elliptique des particules à charme ouvert

Contribution to the development of the Micro-Vertex detector of the CBM experiment and feasibility study of open charm elliptic flow measurements

• Auteur / Autrice : Sélim Seddiki
• Direction : Fouad Rami, Joachim Stroth
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules élémentaires
• Date : Soutenance le 12/09/2012
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Johann-Wolfgang-Goethe-Universität (Francfort-sur-le-Main, Allemagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Strasbourg ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Janos Polonyi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marcus Bleicher
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicole Bastid, Alwin Schempp

Mots clés

Mots clés contrôlés

Baryons

Diagrammes de phases

Capteurs (technologie)

Interactions d'ions lourds

Mots clés libres

Collisions d’ions lourds

Diagramme de phases

Matière baryonique dense

Charme ouvert

FAIR

CBM

Détecteur de vertex

Capteurs MAPS

Flot de données

Études de faisabilité

Reconstruction des mésons D

Reconstruction du plan de réaction

Flot elliptique

Heavy-ion collisions

Phase diagram

Dense baryonic matter

Open charm

FAIR

CBM

Micro vertex detector

MAPS sensors

Data flow

Feasibility studies

Reconstruction of D-mesons

Reconstruction of the reaction plane

Elliptic flow

Résumé

CBM, une des expériences majeures du nouvel accélérateur FAIR en cours de construction au GSI (Darmstadt), a pour objectif d'explorer le diagramme des phases de la matière nucléaire dans la région des hautes densités baryoniques nettes. Un de ses principaux thèmes de physique est l'étude de la production des particules à charme ouvert dans les collisions d'ions lourds. La mesure directe de ces particules nécessite l’utilisation d’un détecteur de vertex très précis. La présente thèse est une contribution à la conception et au développement de ce détecteur, appelé MVD. Une première partie de la thèse concerne l’évaluation, à l’aide de simulations réalistes, des flots de données à transmettre par les capteurs qui équiperont la première génération du MVD. Les résultats obtenus montrent que les performances attendues des capteurs permettront de mener à bien le programme de physique de CBM. Une deuxième partie porte sur les performances attendues pour la reconstruction des particules à charme ouvert, à travers leur désintégration hadronique, dans les collisions Au+Au. Des simulations détaillées ont permis de démontrer que la reconstruction du méson D+ → π+ π+ K-, par exemple, est faisable avec une efficacité de reconstruction de 2% et un rapport signal/bruit de 1.5. La statistique attendue en deux mois de prises de données a été évaluée à environ 6.9 x 104 mésons D. Dans la dernière partie, il a été montré que cette statistique permettrait d’effectuer des études détaillées du flot elliptique intégré des mésons D. La mesure du flot elliptique différentiel de ces particules requerrait, cependant, des statistiques plus élevées, et donc l’utilisation de capteurs plus performants.

CBM, one of the main experiments of the new FAIR accelerator under construction at GSI (Darmstadt), aims at exploring the phase diagram of nuclear matter in the region of high net baryonic densities. The study of the production of open charm particles in heavy ion collisions is one of its main physics topics. The direct measurement of these particles requires the use of a very precise vertex detector. The present thesis is a contribution to the design and development of this detector called MVD (Micro Vertex Detector). A first part of the thesis concerns the assessment, by means of realistic simulations, of the data rate requirements for the sensors which will equip the first MVD generation. The results demonstrate that the expected performance of the sensors will allow CBM carrying out its physics program. A second part deals with the expected performance for the reconstruction of open charm particles, through their hadronic decay, in Au+Au collisions. Detailed simulations allowed demonstrating that the reconstruction of the D+ meson decaying into π+ π+ K-, for instance, is feasible with a reconstruction efficiency of 2% and a signal/background ratio of 1.5. The statistics expected after two months of data taking has been evaluated to about 6.9 x 104 D-mesons. In the last part, it has been established that this statistics would enable to carry out detailed studies of the integrated elliptic flow of D-mesons. The measurement of the differential elliptic flow of these particles would require, however, higher statistics, and hence the use of more performing sensors.