Thèse soutenue

Contribution à la construction du trajectomètre en pixel au silicium de l'expérience ATLAS pour la phase haute luminosité du LHC

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Auteur / Autrice : Yahya Khwaira
Direction : Abdenour Lounis
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique des particules
Date : Soutenance le 27/10/2023
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....) - Centre européen pour la recherche nucléaire
Jury : Président / Présidente : Achille Stocchi
Examinateurs / Examinatrices : Didier Contardo, Koji Nakamura, Mohsine Menouni
Rapporteurs / Rapporteuses : Giovanni Calderini, Didier Contardo

Résumé

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L'objectif de ce travail est la préparation du trajectomètre interne de l'expérience ATLAS pour la phase haute luminosité pour une recherche de nouvelles particules élémentaires ou découvrir des signes de nouvelle physique au-delà du modèle standard. En effet, l'augmentation de la luminosité d'un facteur dix nécessite, par conséquent, une refonte de l'ensemble des détecteurs de particules qui forment la partie interne de l'ensemble expérimental de l'expérience ATLAS. C'est au cœur de l'expérience, près du point de collision des protons incidents, que les doses de radiations seront les plus intenses. Les fluences très élevées en particules et rayonnement ionisants, jamais atteintes précédemment, feront subir des dommages considérables aux capteurs en siclicium, à l’électronique associée ainsi qu'à l'ensemble des matériaux et structures qui supportent mécaniquement ces dispositifs. Le détecteur de l'expérience ATLAS devra assurer, pendant une période estimée entre cinq à dix ans, un fonctionnement nominal à plein régime sans perte de performances malgré cet environnement fortement hostile induit par les radiations. C'est pour cette raison, dû au cadre fortement contraint qu'il est absolument indispensable de préparer soigneusement et mettre en œuvre avec rigueur les modules pixel de détection ainsi que leur électronique associée qui seront installés dans le futur trajectomètre. A cette fin, un ensemble de travaux ont été entrepris; notamment la construction d'un démonstrateur au CERN qui représente à une échelle réduite le futur trajectomètre interne. Um ensemble de séries de mesures minutieuses de contrôle qualité à été menée à bien sur les modules préalablement assemblés par différents laboratoires de la collaboration ATLAS. Une vérification des performances avant et après intégration sur les cellules du baril interne et les bouchons ont été soigneusement évaluées et ont prouvé la justesse de la stratégie de chargement des modules. Auparavant plusieurs campagnes d'irradiation à haut flux ont été mené à bien au CERN, visant à évaluer les performances des modules ainsi que des circuits intégrés de lecture. En particulier, un circuit spécialisé de monitorage des irradiations développé au laboratoire a été l'objet d'une attention particulière vu son importance pour réajuster, en temps réel, le cas échéant et rétablir les performances optimales de l'électronique de lecture des capteurs pixels pendant la prise des données. L'ensemble de ces travaux seront développés avec précision dans l'ouvrage écrit de la thèse.