.
La longueur de radiation très courte (0,9 cm) de ce matériau
permet de faire un calorimètre électromagnétique extrêmement
compact.
Participation du LAPP
In 1995 LAPP joined the 4 other French laboratories already involved in the CMS collaboration and concentrates its effort on the electromagnetic calorimeter based on a Lead Tungstate crystal, a scintillating crystal that LAPP has largely contributed to promote as a possible electromagnetic calorimeter medium for LHC and which has been adopted by the CMS collaboration at automn 1994.
The LAPP group contributes to the crystal characterization and to the improvement of its qualities such as the prevention from appearence of a slow light component and the increase of its radiation hardness. The group also contributes to the design of an automatic device for the quality control of the crystals. It has been involved in the development of the very front end electronics solutions needed for the crystal readout (photodetectors, preamplifier and compressor) and it is now designing an electronic charge calibration system for the calorimeter detector.
The LAPP group is also contributing to the optimization
of the calorimeter geometry by simulation studies. It is deeply involved
in the development of general software tools like the oriented object version
of GEANT and the new C.R.I.S.T.A.L.software dedicated to the management
of the electromagnetic calorimeter realization.
Le détecteur CMS met l'accent d'une part sur l'identification
et la mesure de l'impulsion des muons, d'autre part sur la mesure des particules
électromagnétiques (électrons, gammas). Il est conçu
autour d'un solénoïde supraconducteur de 4 teslas de 13 mètres
de long et de 2,95 mètres de rayon, qui permet de mesurer les muons
avec une précision voisine de 1% à 100 GeV, et meilleure
que 10% à 7 TeV.
La mesure des muons, redondante, est réalisée d'une part par la détection des traces de particules avec des détecteurs silicium et des Chambres MicroStrip à Gas (MSGC), et d'autre part par un ensemble de 4 stations de muons donnant chacune la position de la particule avec une précision de 100 microns. Les muons peuvent être mesurés et identifiés pour un déclenchement jusqu'à des impulsions transverses inférieures à 5 GeV/C. Cela permet aussi à CMS l'étude des collisions ion-ion, et en particulier des plasmas de quarks et de gluons pouvant se former dans ces réactions.
La mesure des particules électromagnétiques
est réalisée par un calorimètre à cristaux
de Tungstate de Plomb (PbWO4) dont la résolution en énergie
doit atteindre .
La longueur de radiation très courte (0,9 cm) de ce matériau
permet de faire un calorimètre électromagnétique extrêmement
compact.
Durant la période 96-97 l'activité du groupe s'est manifestée dans plusieurs axes brièvement évoqués ci-dessous et dont le détail est donné dans les différents rapports et publications.
CARACTERISATION DES CRISTAUX
Un effort important a été mis sur la caractérisation des cristaux et sur la corrélation de leur propriétés avec les processus de fabrication. Ceci se fait d'une part à l'aide des bancs de mesure du LAPP, et d'autre part en faisceau auprès du Centre de Recherche de Saclay où le LAPP a proposé et réalisé un ensemble de mesure pour l'étude de la tenue aux radiations des cristaux de PbWO4 utilisant la source COCASE. Il a actuellement la responsabilité de l'équipement d'une autre facilité destinée à la collaboration dans le faisceau X5 au CERN où il a réalisé un banc automatique permettant successivement l'irradiation et le contrôle en ligne des dégâts dûs aux radiations dans les cristaux. Ces dégâts sont estimés soit par la mesure de la perte en transmission d'un spectre de lumière externe, soit en utilisant la production intrinsèque de lumière dans le cristal par les particules d'un faisceau. Ce banc en cours de réalisation doit être installé en décembre 1997.
Au cours de 1996-1997, avec ses partenaires de l'INP de Minsk, l'équipe du LAPP a développé les méthodes et l'instrumentation qui ont permis de tester une centaine de cristaux auprès de la facilité COCASE. Ces méthodes ont permis d'une part de déterminer l'origine de la composante lente parasite dans la production de lumière des cristaux et de les éliminer, et d'autre part, de définir les conditions de dopage et de fabrication améliorant la tenue du cristal aux radiations.
FAISCEAU TEST
Les mesures en faisceau test permettent de tester
certaines solutions techniques (notamment de collection de lumière
et d'lectronique de lecture) et d'évaluer la qualité de la
résolution en énergie obtenue pour des matrices de cristaux
prototypes. Le groupe a activement participé aux tests qui se sont
déroulés dans le faisceau H4 au CERN et notamment à
la mise en 'uvre d'une matrice de 49 cristaux (7x7) pour laquelle les membres
du groupe ont apporté leur expertise au montage, à la préparation
des cristaux et à leur uniformisation. Au total, plus de 200 cristaux
ont été fabriqués dans des conditions diverses et
ont été étudiés en faisceau. Sous l'impulsion
du LAPP certains cristaux ont fait l'objet d'une étude conjointe
à la fois dans le faisceau test et dans la source d'irradiation
COCASE afin d'établir une corrélation entre les dommages
des deux sources. Ceci a permis de mettre en place un processus d'évaluation
hors faisceau en vue de l'évaluation au stade de la production.
LES PROJETS A.C.C.O.S. ET C.R.I.S.T.A.L.
Le groupe a pris la responsabilité de l'étude et de la réalisation d'un banc prototype de mesure automatisé qui sera utilisé pour le contrôle de la production des 80 000 cristaux du détecteur. Un exemplaire de ce banc de mesure doit être installé dans chaque centre de production. Toutes les données seront automatiquement collectées en temps réel et centralisées dans une base de données qui permettra un contrôle permanent de la production. Durant ces deux années le groupe a développé un projet compact permettant de réaliser sur les cristaux des mesures de transmission transversale et longitudinale ainsi que la mesure de leurs caractéristiques essentielles telles que le temps de décroissance et l'uniformité de réponse le long du cristal. Le projet est connu sous le nom de ACCOS (Automatic Crystal Control Operating System).
Le groupe est également fortement impliqué dans le développement du logiciel C.R.I.S.T.A.L. utilisant les nouveaux outils de la programmation orientée objet. Ce logiciel constituera l'outil de contrôle de gestion des bancs de mesure répartis dans les divers centres et permettra le contrôle de la gestion du montage des différentes pièces du calorimètre. Conçu pour le calorimètre électromagnétique ce logiciel est un outil général applicable à la gestion et au contrôle de projets aux besoins similaires. Il est en connection directe avec les systèmes de mesures automatiques distribués tel que ACCOS dont Il peut gérer et distribuer les données et peut éventuellement infléchir l'ordonnancement du programme de mesure.
COLLECTION DE LUMIERE ET ELECTRONIQUE DE CONTROLE
DES SIGNAUX DES CRISTAUX
Le LAPP a participé à l'optimisation du signal lumineux et de sa détection dans les conditions imposées par le LHC, et notamment à l'évaluation de la meilleure interface optique entre la sortie du cristal et le photodétecteur associé. L'évaluation d'une interface optique active est en cours d'évaluation.
Il a participé notamment à la définition d'une électronique "Very Front End" qui peut être associée aux Photodiodes à Avalanche dont l'utilisation est nécessaire à cause du champ magnétique élevé qui règne dans le détecteur CMS. Le LAPP a pris une part active à l'évaluation des techniques de compression nécessaires pour couvrir toute la gamme dynamique du signal de l'électronique de lecture près du détecteur tout en minimisant la consommation et le bruit. Cette partie du travail a été présentée à la conférence IEEE97 en novembre 97.
L'équipe du LAPP a proposé et étudié pour la collaboration un système de calibration de charge pour les canaux électroniques du détecteur électromagnétique. Le principe de ce nouveau développement a été presenté au Workshop de LONDRES sur l'électronique pour LHC.
De façon annexe elle participe également
dans le cadre de son programme de R&D à l'effort général
entrepris pour le développement des Photodiodes à Avalanche
pour les applications dans les détecteurs de la physique des hautes
énergies et notamment en essayant d'établir un programme
de recherche avec des Instituts de Minsk sur des diodes à avalanche
à couche métallique résistive avec des surfaces de
détection relativement importantes.
SIMULATION ET PROGRAMMATION
Enfin, un important travail d'optimisation du calorimètre
a été réalisé avec des techniques de simulation.
L'arrangement de cristaux retenu actuellement pour le tonneau est la proposition
du LAPP. L'équipe du LAPP participe également à la
remise à niveau des outils software généraux pour
le LHC tel que la version 4 de GEANT en programmation orientée objet.
RAPPORTS CMS
From design to production control through the integration
of engineering data management and workflow management systems
J.M. Le Goff et al., CMS NOTE 1997/104
Studies and Proposals for an Automatic Crystal Control
System
G. Drobychev et al., CMS NOTE/1997-036
Systematic Study of the PbWO4 Crystal Short Term Instalibity
Under Irradiation
A.N. Annenkov et al. , CMS NOTE/1997-055
About the Electromagnetic Shower lateral Profile in the
Lead Tungstate
F. Gautheron, CMS NOTE/1997-037
Radiation damage Kinetics in PWO crystals
A. Annenkov et al., CMS NOTE/1997-008
C.R.I.S.T.A.L./ Concurrent Repository & Information
System for Tracking Assembly and production Lifecycles - A data capture
and production management tool for the assembly and construction of the
CMS ECAL detector
J-M. Le Goff et al., CMS NOTE/1996-003
Trickle Down Effets of Geant cuts on the result of an
endcap crystal response simulation
J.-P. Guillaud, CMS IN/1997-001
Results from August and September 1996 Beamtests of PbWO4
crystal matrices
F. Gautheron, CMS IN/1997-007
Status of the lead tungstate crystal calorimeter of CMS
M. Schneegans, CMS CR/1996-006
Results from tests on matrices of lead tungstate crystals
using high energy beams
J. P. Peigneux et al., CMS TN/95-177
Performance of a Cerium Fluoride crystal matrix measured
in high-energy particle beams
E.Auffray et al., CMS TN/95-185
Extensive studies on CeF3 crystals, a good candidate for
electromagnetic calorimetry at future accelerators
E.Auffray et al., CMS TN/96-107
First operation of the PWO crystal calorimeter as a mass
spectrometer in a heavy-load high energy physics experiment
A.M. Blick et al., CMS TN/96-129
