A high-granularity timing detector for the ATLAS phase-II upgrade Casado, M.P.; Adam Bourdarios, C.; Belfkir, M. ...
Nuclear instruments & methods in physics research. Section A, Accelerators, spectrometers, detectors and associated equipment,
2022, Letnik:
1032
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The large increase of pileup interactions is one of the main experimental challenges for the HL-LHC physics programme. A powerful new way to mitigate the effects of pileup is to use high-precision ...timing information to distinguish between collisions occurring close in space but well-separated in time. A High-Granularity Timing Detector, based on low gain avalanche detector technology, is therefore proposed for the ATLAS Phase-II upgrade. Covering the pseudorapidity region between 2.4 and 4.0, this device will improve the detector physics performance in the forward region. The typical number of hits per track in the detector was optimized so that the target average time resolution per track for a minimum-ionising particle is 30 ps at the start of lifetime, increasing to 50 ps at the end of HL-LHC operation. The high-precision timing information improves the pileup reduction to improve the forward object reconstruction, complementing the capabilities of the upgraded Inner Tracker (ITk) in the forward regions of ATLAS and leading to an improved performance for both jet and lepton reconstruction. These improvements in object reconstruction performance translate into sensitivity gains and enhance the reach of the ATLAS physics programme at the HL-LHC. In addition, the HGTD offers unique capabilities for the online and offline luminosity determination, an important requirement for precision physics measurements.
Le but de cette thèse est d'évaluer le potentiel de découverte par le détecteur ATLAS au Large Hadron Collider (LHC) du boson de Higgs du modèle standard. Le mode de production etudié est défini par ...la fusion de bosons vecteurs (VBF) suivie de la désintégration en une paire de leptons τ (H → τ ^+ τ ^−). C'est l'un des canaux de découverte les plus prometteurs pour un boson de Higgs de basse masse, qui est favorisé par les mesures de précision dans le secteur électro-faible. Deux modes de désintégration ont été étudiés: celui où les deux leptons τ se d´esintègrent en lepton et celui où un lepton τ se désintègre en lepton et l'autre en hadron. La topologie caractéristique de fusion de bosons vecteurs, qui est constituée des deux jets vers l'avant du détecteur et des produits de désintégration de boson de Higgs dans la région centrale, fournit une signature unique permettant la suppression du bruit de fond. En outre, puisque la fusion des bosons vecteurs est un processus purement électro-faible, aucune activité de QCD n'est prévue et donc aucun jet central n'est attendu pour des événements de signal. Ceci permet l'application de la coupure de “central jet veto” pour encore réduire le bruit de fond. Une analyse basée sur des coupures a été utilisée, se concentrant sur l'optimisation de la coupure de “central jet veto”. L'objectif principal était d'étudier le potentiel de découverte du boson de Higgs avec ATLAS, sous une luminosité intégrée de 30 fb^−1 dans la gamme de masse 115 GeV≤ m_H ≤140 GeV, pour une énergie au centre de la masse √s=14 TeV. Après l'application des coupures, un excès au-dessus de 5σ de signal significance a été trouvé pour la gamme de masse 115 GeV ≤ m_H ≤125 GeV. Dans le canal de désintégration H → τ^ + τ ^ −, la résolution de l'énergie transverse manquante ( E_T ) est importante puisqu'elle affecte directement la résolution sur la masse du boson de Higgs. Cela a été la motivation initiale pour réaliser et présenter dans cette thèse une étude de “commissioning” calorimétrique basé sur les quantités E_T , plus particulièrement sur la contribution du bruit de l'électronique, mesurée dans des événements cosmiques enregistrés pendant l'automne 2008. Un comportement gaussien de bruit dans tous les calorimètres de l'argon liquide a été trouvé, tandis qu'un comportement non-gaussien dans une partie du calorimètre à tuile scintillante a été observé. Pour ce dernier, un nouveau modèle de bruit a été examiné utilisant une paramétrisation de double gaussienne ayant pour résultat une description plus réaliste. En conclusion, cette analyse a fourni un outil de “commissioning” du calorimètre, qui a permis l'observation et la correction de plusieurs effets dans le comportement des calorimètres d'ATLAS.
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