Participation du LAPP

Physiciens : J-M. Gaillard, G. Bassompierre, M. Gouanère, J-P. Mendiburu, P. Nédélec, H. Pessard,, D. Sillou,
V. Valuev (visiteur), D. Verkindt.
Doctorants : E. Manola-Poggioli (->1996), L. Mossuz (->1997), A. Krasnoperov ,

LAPP Annecy, Calabria University, CERN, Dortmund University, JINR Dubna, Firenze University, Harvard University, Johns Hopkins University, Lausanne University, UCLA, University of Melbourne, INR Moscow, Padova University/INFN, Paris VI,VII University, Pavia University/INFN, Pisa University/INFN, Rome University/INFN, Dapnia CEN Saclay, University of Sydney, ANSTO Sydney, Rudjer Boskovic Inst. Zagreb

1991: Acceptation de l'expérience par les Comités du CERN
1994: Début des prises de données acceptées jusqu'en 1998

We have developped the software programs for TRD and for the particle identification. We have also important responsibilities in the general reconstruction programs of the experiment and in the processing of data and Monte-Carlo. The group is involved in the analysis of the data, looking for both oscillations nu_mu <-> nu_e and nu_mu <-> nu_tau with a special emphasis on the electronic channels.  

L'EXPERIENCE NOMAD

L'expérience NOMAD recherche les oscillations de neutrinos  nu_mu <-> nu_tau et   nu_mu <-> nu_e auprès du faisceau de neutrino large bande du CERN. Elle utilise une cible active d'environ 3 tonnes, constituée de 44 chambres à dérive de faible densité (rho<0.1), totalisant une longueur de radiation (1X₀), qui lui confère une granularité de l'ordre de 150 µm.

La recherche du tau produit par courant chargé (CC) : nu_tau + N -> tau+X, se fait par l'identification de ses produits de désintégration et par l'application de critères topologiques et cinématiques. L'expérence NOMAD est sensible à environ 85% des modes de désintégration du tau. Nous pouvons en particulier mesurer la désintégration électronique, mais il faut pour cela disposer d'une excellente signature des électrons : un facteur de rejet pion/électron de 10⁵ pour l'ensemble du détecteur est en fait nécéssaire. Ce facteur est atteint, dans NOMAD, grâce à l'association de plusieurs détecteurs, dont le détecteur de rayonnement de transition (TRD) qui contribue pour 10³au taux de rejection.

La mesure de l'oscillation   nu_mu <-> nu_e se fait dans NOMAD par la recherche d'un excès de nu_e par rapport à la composition du faisceau. Cette recherche est rendue possible grâce à l'excellente identification des électrons que permet le détecteur, notamment le TRD.

LE DETECTEUR A RAYONNEMENT DE TRANSITION DE NOMAD

Le détecteur à rayonnement de transition est installé dans l'aimant de NOMAD juste derrière les chambres à dérive qui constituent la cible de NOMAD (figure 1.a). Le TRD comprend 9 modules constitués chacun d'un radiateur, qui produit en moyenne 3 photons de rayonnement de transition de quelques keV, pour un électron de 10 GeV, et d'un plan de détection composé de 176 tubes verticaux (les "pailles") remplis d'un mélange gazeux xénon-méthane (figure 1.b). Les modules sont regroupés par paires, sauf le dernier. Chaque ensemble est suivi d'une chambre à dérive, qui permet de suivre les traces chargées jusque dans le calorimètre.

Avant la construction proprement dite, le groupe s'est consacré à la définition du détecteur en développant notamment un programme de simulation de l'ionisation dans les couches minces de gaz ainsi que du rayonnement de transition.

Le LAPP a conçu et réalisé la structure mécanique générale du TRD. La construction des 9 plans TRD a été menée au LAPP, tandis que les radiateurs étaient réalisés au CERN. Sur chacun des 9 cadres métalliques, a été installé un radiateur de 315 feuilles de polypropylène de 3x3m². Pour chacun des 9 plans de détection la confection et la mise en place des 176 pailles, le tissage des fils, la réalisation de la connectique d'alimentation en gaz ainsi que l'installation des cartes d'électronique front-end ont été réalisés au LAPP.

L'équipe de mécanique du LAPP a mené un travail de recherche et développement sur de nombreux points de fabrication, pour aboutir à un détecteur particulièrement performant et fiable.

L'électronique de lecture (front-end) a été réalisée conjointement avec le CERN tandis que l'électronique de réception du signal a été conçue et réalisée au LAPP.

Le groupe du LAPP a assuré en collaboration avec le CERN, la réalisation de la station de purification et de recyclage du mélange gazeux.

Il a également construit et ajusté le système de surveillance du détecteur (Slow Control) ainsi que la calibration de l'électronique qui permet de contrôler en permanence l'ensemble de la chaîne de lecture du signal.

Il a mis au point des procédures de calibration en énergie du détecteur, qui utilisent des sources de Fe⁵⁵ fixées sur les plans de détections.

Le TRD est en fonctionnement depuis 1994, époque à laquelle il servait à la fois de trajectographe bi-dimensionnel et d'identificateur de particule. Il a rapidement démontré ses excellentes performances, avec un facteur de rejet electron/pion qui dépasse 1000 pour 90% d'efficacité aux électrons, dans le domaine d'impulsion requis, entre 1 et 50 GeV/c. La figure 2 montre la séparation électron-pion que l'on obtient pour des particules de 10 GeV/c.

Un travail original de séparation électron-pion a été réalisé autour de l'identification des particules dans le cas de topologies complexes, pour lesquelles plusieurs particules chargées se chevauchent dans le TRD, comme par exemple dans le cas de la matérialisation d'un photon en une paire e⁺e^-. Ces études sont essentielles pour réduire les bruits de fond produits par les empilements de hadrons dans le TRD.
 

Aujourd'hui, le groupe du LAPP est responsable :
 

Par ailleurs le groupe est fortement impliqué dans l'analyse des données et il joue un rôle déterminant, dans les analyses des événements contenant des électrons, pour lesquelles le TRD est essentiel.

Il a étudié les premières interactions nu_e CC dans les données de 1994-1995, ce qui a permis de comparer les données expérimentales avec les simulations (thèse d' E. Manola-Poggioli).

Le groupe a également effectué une étude des événements charmés produits par nu_mu CC, à partir de la signature mu^- e⁺ de leur désintégration semi électronique. Le signal charmé a servi à mesurer le contenu en quarks étranges du nucléon (thèse de L. Mossuz).

Il est particulièrement impliqué dans la recherche d'un signal d'oscillation nu_mu <-> nu_tau  dans le canal électron. L'étude des bruits de fond ainsi que leur réduction constitue une part importante de l'analyse. Sur la base des données de 1995 on a pu donner une limite sur la probabilité d'oscillation, que l'on peut convertir en limites sur les deux paramètres de l'oscillation que sont (Delta m)², la différence des masses carré des deux neutrinos ((Delta m)²=m²(nu_tau) - m²(nu_mu)) et sin²(2theta) , où theta est l'angle de mélange entre les deux saveurs de neutrinos.

En combinant les limites sur les probabilités d'oscillations obtenues pour les différents canaux de désintégration du tau (e, mu, 1pi et 3pi), on obtient, pour l'analyse des données de 1995, la limite préliminaire suivante, dans la limite des grands (Delta m)² (c'est-à-dire lorsque la probabilité d'oscillation n'est plus sensible qu'à l'angle de mélange) :

Le groupe étudie d'autre part la possibilité d'oscillations nu_mu <-> nu_e. Cette étude revêt un intérêt particulier depuis que l'expérience LSND de Los Alamos a publié des résultats indiquant un signal d'oscillation nu_mu <-> nu_e.

Dans NOMAD cette étude s'effectue par la recherche d'un excès d'événements ayant un électron primaire dans l'état final. Sur la base des données de 1995 l'expérience NOMAD a exclu une partie de la région autorisée par LSND, comme indiqué sur la figure 3.
 

La limite, préliminaire, obtenue sur la base des données de 1995 est dans la limite des grands (Delta m)² :

L'analyse des données de 1996 est en cours et le traitement des données de 1997 est bien avancé.

Des informations complémentaires peuvent être obtenues sous www : http://nomadinfo.cern.ch.
 

RAPPORTS INTERNES NOMAD