Development of a picosecond time-of-flight system in the ATLAS experiment

Développement d'un système de mesure de temps de vol picoseconde dans l'expérience ATLAS

Hervé Grabas (1)

1 DEDIP - Département d'Electronique, des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique (ex SEDI)

In this thesis, we present a study of the sensitivity to Beyond Standard Model physics brought by the design and installation of picosecond time-of-flight detectors in the forward region of the ATLAS experiment at the LHC. The first part of the thesis present a study of the sensitivity to the quartic gauge anomalous coupling between the photon and the W boson, using exclusive WW pair production in ATLAS. The event selection is built considering the semi-leptonic decay of WW pair and the presence of the AFP detector in ATLAS. The second part gives a description of large area picosecond photo-detectors design and time reconstruction algorithms with a special care given to signal sampling and processing for precision timing.The third part presents the design of SamPic: a custom picosecond readout integrated circuit. At the end, its first results are reported, and in particular a world-class 5ps timing precision in measuring the delay between two fast pulses.

Cette thèse présente une étude de la sensibilité à la physique au delà du modèle standard et en particulier aux couplages anormaux entre les photons et les bosons W. Ceci est réalisé en détectant dans ATLAS les protons intacts après interaction et en mesurant leur temps de vol avec une précision de quelques pico-secondes de part et d’autre du détecteur central.Je décrirai également les photo-détecteurs de grande superficie avec une précision de quelques pico-secondes et les algorithmes de reconstruction de temps basés sur l’échantillonnage rapide du signal. Le circuit intégré spécifique SamPic pour une mesure de temps de très haute précision sera enfin présenté ainsi que les premiers résultats de mesure avec ce circuit. Ils montrent en particulier une précision exceptionnelle, meilleure que 5 ps, sur la mesure de temps entre deux impulsions.

Mots clés: Anomalous gauge couplings; Picosecond; Time-of-flight; Timing; Photo-detector; LHC

Mots clés: Picoseconde; Mesure du temps; Temps de vol; Couplages de jauge anormaux; LHC; Photo-détecteur

Domaines: Autre [cond-mat.other]

Hervé Grabas. Development of a picosecond time-of-flight system in the ATLAS experiment. Other [cond-mat.other]. Université Paris Sud - Paris XI, 2013. English. ⟨NNT : 2013PA112304⟩. ⟨tel-00982076⟩