Pixel characterization for the MFT upgrade of the ALICE experiment - DUMAS - Dépôt Universitaire de Mémoires Après Soutenance Accéder directement au contenu
Mémoires Année : 2015

Pixel characterization for the MFT upgrade of the ALICE experiment

Résumé

The first collisions from the run II of the Large Hadron Collider (LHC) have started with a p-p energy of 13TeV. By the end of this second run, the initial physics goals of the ALICE experiment will be reached. The foreseen high-luminosity upgrade of the LHC in 2020 will enhance the Pb-Pb collision rate up to 50kHz. In order to fully exploit this future potential, the ALICE collaboration is preparing for a major detector upgrade in 2018. The experiment focuses on the study of strongly interacting matter in extreme conditions of energy and density and in particular the quark gluon plasma (QGP), a new state of matter in which quarks and gluons are no longer bound like in hadrons but can roam freely. The strategy of the collaboration is to extend its physics program for fundamental studies of QCD. This requires high statistics and high precision measurements and will contribute to discriminate between theoretical models. Rare probes play an important part in the physics program and the study of their coupling with the medium and hadronization processes is a major direction in the QGP understanding. The existing Muon spectrometer has produced very interesting results on the production rates of quarkonia and heavy flavor in p-p, Pb-Pb and p-Pb collisions and the second run is expected to deliver even more data. However multiple scattering in its frontal absorber originates a bad spatial resolution on vertices. This results in a high background level in both single muon and dimuon analyses coming from semi-muonic decays of light hadrons and also in limited possibilities to disentangle open charm and open beauty contribution to muon production. To overcome this limitation and to better exploit the unique kinematic range accessible at the LHC by the Muon Spectrometer, the Muon Forward Tracker (MFT) is proposed in the context of the ALICE upgrade plans. Made of 912 pixel silicon sensors in 5 discs surrounding the beampipe, the detector is designed to measure tracks between the interaction point and the frontal absorber in order to be matched with the tracks of the muon spectrometer with an expected resolution lower than 100m. It is foreseen to share the same sensor technology designed for the upgrade of the Inner Tracking System (ITS): ALPIDE which is based on a new silicon pixel technology. This internship focuses on the sensor characterization to optimize the settings in respect to detection efficiency, noise and spatial resolution from the beam test analyse of the latest prototypes.
Les premières collisions proton-proton à l’énergie de 13 TeV ont eu lieu avec le début du run II au Large Hadron Collider (LHC). A la fin de cette seconde prise de données, l’expérience ALICE aura atteint les objectifs initiaux du programme de physique qu’elle s’était fixés. Avec l’augmentation de la luminosity du LHC en 2020, le taux d’interactions des collisions Pb-Pb sera augmenté à 50kHz. Afin de tirer parti de ce futur potentiel, la collaboration ALICE se prépare pour une importante mise à jour de son détecteur en 2018. Cette expérience porte sur l’étude des propriétés physiques de la matière soumise à l’interaction forte, dans des conditions d’énergie et de densité extrêmes. Un nouvel état de la matière se forme alors, le plasma de quarks et de gluons (PQG), dans lequel les quarks et les gluons ne sont plus confinés au sein des hadrons mais peuvent évoluer librement. La stratégie de la collaboration est d’étendre son programme de physique pour des études fondamentales de chromodynamique quantique. Cela nécessite à la fois beaucoup de statistiques et des mesures très précises. Les résultats contribueront à affiner les modèles théoriques. Les sondes rares jouent un rôle majeur dans l’étude du PQG. L’observation de leur interaction avec le milieu ainsi que les processus d’hadronisation qui y ont lieu sont des points clés dans sa compréhension. Le spectromètre à muons actuellement présent au sein du détecteur a fourni des résultats très intéressants sur les taux de production de quarkonia et de saveurs lourdes dans les collisions p-p, Pb-Pb et p-Pb. On peut s’attendre à ce que la deuxième période d’exploitation fournisse encore plus de données. Cependant, les diffusions multiples qui ont lieu dans l’absorbeur frontal induisent une mauvaise résolution sur les vertex. Cela se traduit par un bruit de fond élevé dans les canaux muon simple et dimuon, provenant principalement de désintégrations semimuoniques des hadrons légers. Les possibilités d’isoler les contributions du charme et de la beauté ouverts du spectre muonique sont également limitées. Afin de surmonter ces limitations et d’exploiter au maximum l’intervalle cinématique du spectromètre à muons, le Muon Forward Tracker (MFT) est proposé dans le contexte de la mise à jour d’ALICE. Constitué de 912 capteurs à pixels en silicium répartis sur 5 disques autour du faisceau, il est conçu pour détecter les particules entre le point d’interaction et l’absorbeur frontal. Les traces obtenues seront associées avec celles du spectromètre à muons. et la résolution attendue est inférieure à 100 m. Il est prévu de s’aligner sur la même technologie que le futur Inner Tracking System (ITS) avec les capteurs ALPIDE. Ce stage porte sur la caractérisation de ces futurs capteurs et l’optimisation de leurs réglages par rapport à l’efficacité de détection, le niveau de bruit et la résolution spatiale au travers des tests sous faisceaux des derniers prototypes.
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Dates et versions

dumas-01230455 , version 1 (09-12-2015)

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Paternité - Pas d'utilisation commerciale - Pas de modification

Identifiants

  • HAL Id : dumas-01230455 , version 1

Citer

Audrey Francisco. Pixel characterization for the MFT upgrade of the ALICE experiment. High Energy Physics - Phenomenology [hep-ph]. 2015. ⟨dumas-01230455⟩
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