Étude et réalisation du détecteur de temps hautement granulaire (HGTD) pour le détecteur ATLAS en préparation de la phase de haute luminosité du LHC.

Study and realization of a High Granularity Timing Detector (HGTD) for the ATLAS detector at the High Luminosity phase of the LHC.

• Auteur / Autrice : Chloé Pénélaud
• Direction : Sophie Trincaz-duvoid
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique Nucléaire et des Hautes Energies

Mots clés

Mots clés libres

Physique des Particules

Instrumentation

Collisionneur

Particle Physics

Instrumentation

Collider

Résumé

Le projet de Grand collisionneur de hadrons à haute luminosité (HL-LHC) vise à accroître la luminosité intégrée du LHC d'un facteur 10 par rapport à sa valeur nominale dans le but d'augmenter le potentiel de découverte d'ici 2028. Le nombre de collisions dans le détecteur ATLAS sera ainsi multiplié par 10, augmentant le nombre de collisions par croisement (pile-up) et nécessitant une série d'upgrades comprenant l'installation de nouveaux détecteurs. Le groupe LPNHE ATLAS est impliqué dans ce programme d'upgrades. Dans ce contexte, le groupe contribue à la réalisation d'un détecteur de temps à haute granularité (HGTD) pour les pistes à haute pseudo-rapidité. Le HGTD permettra une amélioration significative des performances d'ATLAS, en offrant une meilleure séparation entre les événements résultant de la diffusion dure et ceux liés à l'empilement. Le HGTD est en phase finale de recherche et de développement. Le sujet de thèse couvre plusieurs aspects du travail nécessaire pour ce futur détecteur : - Le LPNHE étant en charge de l'assemblage du détecteur, l'étudiant(e) contribuera à la construction et à la validation d'un prototype du dernier démonstrateur avant production et à la validation de la procédure de chargement des modules. Il/elle pourrait également contribuer au début du commissioning du détecteur. - L'étudiant travaillera également sur la simulation du détecteur afin d'étudier et d'optimiser ses performances en termes de reconstruction de piste, d'efficacité, de pureté et de résolution temporelle. Il/elle pourra également travailler à la préparation d'une future analyse physique utilisant le nouveau détecteur HGTD. L'étudiant présentera régulièrement son travail lors de réunions de collaboration au CERN.

The High-Luminosity upgrade of the Large Hadron Collider (HL-LHC) is scheduled to begin colliding protons in 2028. This major improvement to CERN's flagship accelerator will increase the nominal total number of collisions in the ATLAS detector by a factor of 10 . This will induce a larger number of collisions per crossing (around 200). This phenomenon is called the pile-up (μ). To cope with this increase of collisions, ATLAS is preparing a complex series of upgrades including the installation of new detectors. The LPNHE ATLAS group is involved in this detector upgrade program. In this context, the group contributes to the realization of a high granularity timing detector (HGTD) for tracks with high pseudo-rapidity. HGTD will allow a significative improvement of ATLAS performances, providing a better separation between events resulting from hard-scattering and those related to the pile-up. HGTD is in the final research and development phase. The PhD subject covers several aspects of the work needed for this future detector : • The LPNHE is in charge of the assembly of the detector, so the student will contribute to the construction and the validation of a prototype of the latest demonstrator before production and to the validation of the module loading procedure. She/he could also contribute to the beginning of the detector commissioning. • The student will also work on the detector simulation in order to study and optimize its performance in term of track reconstruction, efficiency, purity and time resolution. He/she could also work on the preparation of a future physics analysis using the new detector HGTD. The student will present regularly his/her work in collaboration meetings at CERN.