Fiabilite à long terme des détecteurs gazeux à micropistes et de leur électronique de lecture dans les conditions de fonctionnement du LHC. Etude de la reconstruction des traces d'électrons dans le trajectographe du détecteur CMS.
Résumé
The CMS (Compact Muon Solenoid) experiment foresaw the use of MSGCs (MicroStrip Gas Chambers) on a surface of about 200 m2 in its inner tracker. The condition of exploitation (luminosity = 10^34 cm-2.s-1) has led to a thorough study of the radiation hardness and long term stability of the MSGCs. For that purpose, the CMS Tracker group of Lyon has proposed and evaluated a variant of MSGC : the SGC (Small Gap Chambers). In order to study the radiation hardness of SGCs, several tests have been done with a pion beam of 350 MeV at the Paul Scherrer Institut in Zurich. Initially performed with small size chambers (5 cm x 2.5 cm), the measured spark rate and the extrapolation to 500 LHC equivalent days led to validate the good hardness of the detectors to LHC intensity. Large size detectors (14 cm x 5 cm) were then tested. A preamplification stage, the GEM (Gas Electron Multiplier) has been added to compensate the increase of the noise and the strip capacitance. The GEM led to a significant decrease of the spark rate and an improvement of the gain margin. The long term ageing study of SGCs was performed with a 55Fe X-ray source of 6.4 keV during several months. The gain loss was estimated by the variation of the current, measured as a function of the integrated charge per centimeter of strip. The results show a loss of about 25% in 5 years of LHC operation at high intensity. The track electron reconstruction in the CMS tracker is important because elec- trons are involved in signature of several physics signals. A study has been done on the improvement of the reconstruction efficiency by introducing an energy loss of the electrons by Bremsstrahlung.
L'expérience CMS (Compact Muon Solenoid) prévoyait l'utilisation de MSGC (MicroStrip Gas Chambers) sur une surface d'environ 200 m2 dans son trajectographe interne. Les conditions d'exploitation (luminosité = 10^34 cm-2.s-1) ont nécessité un important programme d'étude de la fiabilité des MSGC concernant la tenue au flux et la stabilité à long terme. Dans ce cadre, le groupe CMS Traces de Lyon a proposé et évalué une variante des MSGC : les SGC (Small Gap Chambers). Pour étudier la résistance aux radiations des SGC, de nombreux tests ont eu lieu sous un faisceau de pions de 350 MeV au Paul Scherrer Insitut à Zurich. Tout d'abord effectuées sur des chambres de petite taille (5 cm x 2.5 cm), la mesure du taux de décharges et l'extrapolation à 500 jours équivalent LHC ont permis de valider la bonne tenue des détecteurs aux intensités du LHC. Des détecteurs de grande taille (14 cm x 5 cm) ont ensuite été testés. Un étage de préamplification, le GEM (Gas Electron Multiplier) a été ajouté pour compenser l'augmentation du bruit et de la capacité des pistes. Le GEM a apporté une diminution significative du taux de décharges et une augmentation de la marge de fonctionnement. L'étude du vieillissement à long terme des SGC a été réalisée à l'aide d'une source de rayons X de 55Fe de 6.4 keV durant plusieurs mois. La perte de gain est estimée par une diminution du courant, mesurée en fonction de la charge intégrée par centimètre de piste. Les résultats montrent que la perte est d'environ 25% en 5 ans de fonctionnement à haute luminosité au LHC. La reconstruction des traces d'électrons dans le trajectographe de CMS est importante car les électrons interviennent dans la signature de nombreux signaux de physique. Une étude a été menée sur l'amélioration de l'efficacité de reconstruction en introduisant une perte d'énergie des électrons par rayonnement de freinage.