Mesures et analyses de la luminosité d’ATLAS grâce aux détecteurs MPX

Medipix2 (MPX) sont des détecteurs semi-conducteurs au silicium montés sur 256x256 pixels. Chaque pixel a une aire de 55x55μm2. L’aire active d’un détecteur MPX est d’environ 2 cm2. Avec deux modes de détection, un seuil et un temps d’exposition ajustables, leur utilisation peut être optimisée pour une analyse spécifique. Seize de ces détecteurs sont présentement installés dans l’expérience ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) au CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire). Ils mesurent en temps réel le champ de radiation dû aux collisions proton-proton, au point d’interaction IP1 (Point d’Interaction 1) du LHC (Grand Collisionneur d’Hadrons). Ces mesures ont divers buts comme par exemple la mesure du champ de neutrons dans la caverne d’ATLAS. Le réseau de détecteurs MPX est complètement indépendant du détecteur ATLAS. Le groupe ATLAS-Montréal s’est intéressé à l’analyse des données récoltées par ces détecteurs pour calculer une valeur de la luminosité du LHC au point de collision des faisceaux, autour duquel est construit le détecteur ATLAS. Cette valeur est déterminée indépendamment de la luminosité  mesurée  par  les  divers  sous-détecteurs  d’ATLAS  dédiés  spécifiquement  à  la mesure de la luminosité. Avec l’augmentation de la luminosité du LHC les détecteurs MPX les plus proches du point d’interaction détectent un grand nombre de particules dont les traces sont impossibles à distinguer sur les images ("frames") obtenues, à cause de leur recouvrement. Les paramètres de mesure de certains de ces détecteurs ont été optimisés pour des mesures de luminosité. Une méthode d’analyse des données permet de filtrer les pixels bruyants et de convertir les données des images, qui correspondent à des temps d’exposition propres aux détecteurs MPX, en valeur de luminosité pour chaque LumiBlock. Un LumiBlock est un intervalle de temps de mesure propre au détecteur ATLAS. On a validé les mesures de luminosité premièrement en comparant les résultats obtenus par différents détecteurs MPX, et ensuite en comparant les valeurs de luminosité relevées à celles obtenues par les sous-détecteurs d’ATLAS dédiés spécifiquement à la mesure de la luminosité. Medipix2 (MPX) devices are silicon semiconductor detectors consisting of 256x256 pixels. Each pixel has 55x55μm2. The MPX sensitive area is ~2 cm2. With two modes of operation, an adjustable threshold, and adjustable exposure time, their use can be optimized for a specific analysis. Sixteen of these detectors are currently installed in the ATLAS detector at CERN (European Organization for Nuclear Research). They perform real time measurement of the radiation field due to proton-proton collisions occurring at the interaction point IP1 (Interaction Point 1) of the LHC (Large Hadron Collider). These measurements have different purposes, for instance the measurement of the neutron field in the ATLAS cavern. The network of MPX detectors is completely independent from the ATLAS detector. The ATLAS-Montreal group has taken interest in analysing data provided by these detectors to calculate a value for the luminosity of the LHC at the collision point of the beams around which is build the ATLAS detector that is completely independent from the value measured by ATLAS sub-detectors specifically dedicated to luminosity measurements. With the increase of the luminosity in LHC the MPX detectors near the interaction point record a large number of particles leaving tracks with a large number of overlaps in the resulting frames. These tracks are thus difficult to separate. The measurement parameters of some of these MPX detectors have been optimised for luminosity study. A method to analyse the recorded data was developed. It first filters the noisy pixels, then converts data from a frame format (corresponding to a given MPX exposure time), into luminosity in a LumiBlock format. A LumiBlock is a time measurement period used by ATLAS detector. To verify the results, comparisons between different MPXs have been made, as well as comparison between MPX results and the results of ATLAS sub-detectors specifically dedicated to luminosity measurements.

Keyphrases: ATLAS, Medipix, détecteur pixellisé, Luminosité, ATLAS, Medipix, Pixellised detector, Luminosity