Etude du calorimètre électromagnétique silicium-tungstène du concept de détecteur ILD pour l'ILC et mesure de la masse du boson de Higgs dans le canal e$^{+}$e$^{-} \to$ Z H $\to$ e$^{+}$e$^{-}$ + X - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Etude du calorimètre électromagnétique silicium-tungstène du concept de détecteur ILD pour l'ILC et mesure de la masse du boson de Higgs dans le canal e$^{+}$e$^{-} \to$ Z H $\to$ e$^{+}$e$^{-}$ + X

Résumé

The International Linear Collider (ILC) is an e$^+$e$^-$ linear collider that operates at a centre-of-mass energy between 90~GeV and 1~TeV. One of the detector concepts for the ILC is the International Large Detector (ILD) concept. It is optimised for the Particle Flow Approach. A reference option for the electromagnetic calorimeter is a high granularity sampling calorimeter with tungsten as radiator and silicon diodes as sensitive material. A limited in size but full depth "physics prototype" has been already constructed and tested in test beam areas at CERN and FNAL. In this work, the relative energy resolution of the calorimeter as a function of the beam energy, $E$, was measured. It was parametrized as a quadratic sum of a stochastic and a constant term. The result of a fit to data, $\Delta E /E (\%) = (17,96 \pm 0,7) / \sqrt{E (GeV)} \oplus (0,8 \pm0 ,06)$, was compared to Monte Carlo predictions. Various methods were applied to compensate for the non-instrumented areas. The measured value of the position resolution of the prototype, $\Delta X (mm)= (3,32 \pm 0,06) / \sqrt{E (GeV)} \oplus (9,0 \pm 0,07) / E (GeV) \oplus (0,9 \pm 0,01)$, is well within the ILC Reference Design Report requirements. In the thesis, the mass decline for the decay channel, $e^{+} e^{-} \to Z H \to e^{+}e^{-} + X$, as measured by the ILD detector was studied. For an integrated luminosity of 250~fb$^{-1}$, the accuracy of the reconstruction and the good knowledge of the initial state allow for the measurement of the Higgs boson mass with a precision better than 130~MeV.
Dans le cadre du développement du détecteurs ILD devant équiper l'ILC (projet d'accélérateur linéaire $e^+$$e^-$) un prototype de calorimètre électromagnétique répondant aux critères du "Particule Flow Algorithm" a été réalisé puis testé en faisceau au CERN (Suisse) et à FNAL (USA). La granularité du prototype a été utilisée afin d'identifier les particules incidentes à partir de la forme de leur gerbe. La résolution en énergie a été mesurée pour des électrons~: $\Delta E /E (\%) = (17,96\pm0,7) / \sqrt{E (GeV)} \oplus (0,8\pm0,06)$ puis comparée aux prédictions des simulations Monte-Carlo. Nous avons ensuite cherché différentes méthodes pour compenser les non-uniformités du détecteur dues aux zones non instrumentées~: anneaux de gardes protégeant les matrices de diodes de détection. Nous avons d'abord étudié des méthodes de cartographie globales ou couche par couche de l'efficacité du détecteur, puis des méthodes locales. Certaines de ces méthodes seront facilement adaptables au futur calorimètre électromagnétique de l'ILD. Nous avons aussi mesuré la résolution en position~: $\Delta X (mm)= (3,32 \pm 0,06)/\sqrt{E (GeV)} \oplus (9,0 \pm0 ,07) / E (GeV) \oplus (0,9\pm0,01)$. Enfin, à partir de simulations Monte-Carlo de l'ensemble du détecteur ILD, nous avons entrepris de mesurer la masse du boson de Higgs dans le canal $e^{+} e^{-} \to Z H \to e^{+}e^{-} + X$. Avec une luminosité intégrée de 250~fb$^{-1}$, le boson de Higgs est susceptible d'être clairement mis en évidence. L'incertitude sur la mesure de sa masse sera comprise entre 100 et 125 MeV selon l'état de polarisation du faisceau.
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Dates et versions

tel-00482604 , version 1 (11-05-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00482604 , version 1

Citer

Laurent Morin. Etude du calorimètre électromagnétique silicium-tungstène du concept de détecteur ILD pour l'ILC et mesure de la masse du boson de Higgs dans le canal e$^{+}$e$^{-} \to$ Z H $\to$ e$^{+}$e$^{-}$ + X. Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00482604⟩
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