CLD full simulation and the study of displaced vertices for the FCC-ee
Simulation complète du détecteur CLD et étude des vertex déplacés pour le FCC-ee
Résumé
This thesis explores the interplay between detector technology, tracking performance, and searches for new physics at FCC-ee. First, the theoretical foundations and reconstruction methods of tracking are reviewed, including conformal mapping, Kalman filtering, and vertex fitting, which are central to precise momentum measurement and the reconstruction of displaced vertices.The development of advanced vertex detector technologies has been studied through beam tests of CE-65 Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS). A key result is that two-bit signal digitisation achieves spatial resolutions close to the analogue case, enabling ∼ 5 μm resolution with larger pixel pitches.This approach offers the possibility of significantly reducing power consumption, a critical constraint for FCC-ee detectors . At the detector level, the performance of the CLIC-Like Detector (CLD) concept has been evaluated. To this end, a dedicated software framework, k4Det Performance, was developed to enable systematic studies of tracking performance across different detector geometries and configurations. Simulation studies show that CLD achieves the required resolutions and efficiencies for the FCC-ee physics programme, while highlighting the trade-offs involved in alternative designs. Finally, the physics potential of FCC-ee has been investigated through the benchmark case of Heavy Neutral Leptons (HNLs). Full simulation studies confirm the sensitivity levels estimated with fast simulation, while providing a more realistic description of detector effects, especially for displaced vertex reconstruction. However, a systematic treatment of uncertainties remains to be completed to obtain robust sensitivity projections. In summary, this work demonstrates how advances in sensor technology, reconstruction methods, and detector performance studies directly enable searches for new physics at FCC-ee. By bridging hardware R&D, software development, and phenomenological studies, this thesis contributes to preparing the experimental tools required to fully exploit the discovery potential of the next generation of electron–positron colliders.
Cette thèse explore l’articulation entre la technologie des détecteurs, les performances du suivi des particules et la recherche de nouvelle physique au FCC-ee. Dans un premier temps, les fondements théoriques et les méthodes de reconstruction du suivi sont présentés, incluant la transformation conforme, le filtrage de Kalman et l’ajustement de vertex, qui sont essentiels pour la mesure précise de l’impulsion et la reconstruction de sommets déplacés. Le développement de technologies avancées pour les détecteurs de vertex a été étudié à travers des tests faisceaux des capteurs monolithiques à pixels actifs (MAPS) CE-65. Un résultat clé est que la digitalisation du signal sur deux bits permet d’atteindre des résolutions spatiales proches du cas analogique, avec une précision de l’ordre de ∼ 5 μm pour des pas de pixels plus larges. Cette approche offre la possibilité de réduire significativement la consommation de puissance, une contrainte critique pour les détecteurs du FCC-ee. Au niveau du détecteur global, les performances du concept CLIC-Like Detector (CLD) ont été évaluées. Pour ce faire, un cadre logiciel dédié, k4DetPerformance, a été développé afin de permettre des études systématiques des performances de suivi pour différentes géométries et configurations. Les études de simulation montrent que le CLD atteint les résolutions et efficacités requises pour le programme de physique du FCC-ee, tout en mettant en évidence les compromis associés aux conceptions alternatives. Enfin, le potentiel de physique du FCC-ee a été étudié à travers le cas de référence des Neutrinos Lourds Neutres (HNLs). Les études en simulation complète confirment les niveaux de sensibilité estimés en simulation rapide, tout en fournissant une description plus réaliste des effets du détecteur, en particulier pour la reconstruction des sommets déplacés. Toutefois, une prise en compte systématique des incertitudes reste à mener pour obtenir des projections robustes de sensibilité. En résumé, ce travail montre comment les avancées en technologie de capteurs, en méthodes de reconstruction et en études de performances de détecteurs permettent directement de renforcer la recherche de nouvelle physique au FCC-ee. En reliant la R&D instrumentale, le développement logiciel et les études phénoménologiques, cette thèse contribue à préparer les outils expérimentaux nécessaires pour exploiter pleinement le potentiel de découverte de la prochaine génération de collisionneurs électron–positon.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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