Thèse soutenue

Développement d'un détecteur à grande précision temporelle pour la mise en jouvence de l'expérience CMS au CERN
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Auteur / Autrice : Konstantin Shchablo
Direction : Imad LaktinehMaxime Gouzévitch
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique des particules
Date : Soutenance le 15/12/2020
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon
Jury : Président / Présidente : Didier Contardo
Examinateurs / Examinatrices : Imad Laktineh, Mary-Cruz Fouz, Cristina Cârloganu, Stéphane Perries, Christophe de La Taille
Rapporteurs / Rapporteuses : Mary-Cruz Fouz, Cristina Cârloganu

Résumé

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La mise en jouvence du LHC pour la phase de la haute luminosité nécessite une mise à niveau du CMS en de nombreux points. L’une des tâches de la mise à niveau duCMS consiste à améliorer les performances des détecteurs de muons par l’installation, en particulier,d’une nouvelle génération de RPC dans les stations à haut : RE3/1et RE4/1. Ces zones, qui devaient initialement être équipées dès le début de la construction du CMS, ne sont toujours pas utilisées aujourd’hui en raison du flux important de particules qui les traversent. L’expérience accumulée avec la RPC a permis de réaliser une chambre avec la capacité d’être opérée dans les flux de particules au moins trois fois supérieurs à ceux attendus. Cette tâche a nécessité l’utilisation de nouveaux détecteurs utilisant des électrodes en Bakélite de 1.2 mm . Ces détecteurs seront produits en Corée du Sud par le groupe KODEL. En parallèle, une méthode innovante de lecture électronique des détecteurs basée sur l’analyse des signaux des deux bouts des strips a été proposée. Pour y arriver, il a été suggéré d’utiliser de long strips avec des lignes de retour lues des deux cotés par une puce appelée PETIROC qui possède des performances temporelles remarquables. Trois prototypes ont été produits. Les prototypes ont été testés lors de nombreux essais en utilisant les rayons cosmiques au CERN et des aisceaux de particules du SPS CERN (Zone Nord). Les capacités des nouveaux détecteur à être opérés efficacement (>90) dans des flux élevés ont été démontrées dans l’installation GIF++ du CERN. Suit à ces résultats, l’électronique proposée, basée sur PETIROC et les strips lus des deux cotés, a été approuvée dans le cadre du projet de mise à niveau de CMS. De plus, une résolution remarquable du temps absolu a été obtenue avec les bouveux détecteurs. Cette performance sera extrêmement utile pour améliorer la recherche des particules hypothétiques de type HSCP prédits dans plusieurs modèles au delà du Modèle Standard. La possibilité d’intégrer un nouveau type de "readout" dans le CMSSW a été étudiée, et une nouvelle méthode de regroupement a été développée et testée. Une nouvelle méthode d’intégrer ces stations dans l’EMTF pour améliorer l’efficacité du déclenchement du CMS a été aussi proposée. Il a été démontré que les nouveaux détecteurs fonctionnent avec les performances requises dans les conditions des stations RE3/1 et RE4/1. En outre, au cours de la R&D, les limites de l’électronique ont été identifiées et des solutions possibles ont été proposées pour augmenter les performances de l’électronique en présence d’un taux de particules élevé. Des améliorations de l’électronique sont maintenant prévues. Le seuil minimal sera abaissé à 50 fC pour assurer des performances supérieures à 2 kHz/cm2 sans perte d’efficacité due à l’effet de temps mort. Ce dernier sera drastiquement réduit en rendant la remise à zéro pour chaque canal indépendante des autres. À la suite de ces travaux, l’électronique basée sur PETIROC a été approuvée pour être utilisée dans l’iRPC pour l’expérience CMS