Détermination des paramètres optiques nécessaires pour la mesure de la luminosité absolue et de la section efficace totale dans ATLAS

par Sophie Cavalier

Thèse de doctorat en Physique des particules et des accélérateurs

Sous la direction de Patrick Puzo.

Le président du jury était Achille Stocchi.

Le jury était composé de Patrick Puzo, Achille Stocchi, Angeles Faus-Golfe, Amor Nadji, Jacques Payet.

Les rapporteurs étaient Angeles Faus-Golfe, Amor Nadji.


  • Résumé

    ALFA (Absolute Luminosity for ATLAS) vise à mesurer la luminosité absolue pour l'expérience ATLAS avec une incertitude de 2 - 3\% et la section efficace totale. La luminosité est reliée au nombre d’événements. Plus la luminosité est élevée, plus le nombre d’événements est élevé. C'est donc une quantité importante pour les collisionneurs en général et notamment pour le LHC (Large Hadron Collider). LHC est constitué de deux faisceaux circulant dans deux chambres à vide différentes et collisionnant aux quatre points d'interaction où les principales expériences de physique sont positionnées (ATLAS, CMS, ALICE et LHCb). Les détecteurs constituant ALFA insérés dans des Pots Romains sont positionnés à 240 m de distance du point d'intéraction d'ATLAS après six quadrîpoles et deux dipôles qui constituent la partie de ligne faisceau utile à ALFA et localisée sur le LHC.Les détecteurs sont constitués de fibres scintillantes pour détecter les protons élastiques issus du Point d'Interaction. Ces protons sont transportés au travers des différents aimants qui constituent la ligne de faisceau considérée et qui nécessite une optimisation des paramètres optiques pour les besoins de la mesure. Nous appellerons les optiques fort β, les optiques utilisées durant les périodes expérimentales dédiées à ALFA. Les paramètres des optiques fort β ont été simulés afin de remplir le cahier des charges demandé pour ALFA et elles ont été testées sur le LHC en 2011 et 2012 pendant un certain nombre de périodes expérimentales spécifiques aux optiques fort β sur le LHC.Ces périodes expérimentales se sont terminées en 2013 avant l'arrêt du LHC. Les paramètres optiques ont été mesurés et comparés aux simulations.Certains paramètres ayant des valeurs bien meilleures que celles attendues. Cela a aussi permis de regardes quelques incertitudes sur les paramètres optiques et d'évaluer l'impact de certains de ces paramètres sur la mesure de section efficace totale.

  • Titre traduit

    Optical parameters Determination for absolute luminosity and total cross section measurements in ATLAS


  • Résumé

    ALFA (Absolute Luminosity For ATLAS) aims at measuring the absolute luminosity for the ATLAS experiment with an incertitude down to 2-3 \% and the total elastic cross section. The luminosity is related to the number of events, the highest the luminosity, the highest the number of events. This is, then, an important quantity for colliders like LHC (Large Hadron Collider). LHC is made of two beams circulating in two different beam pipes and colliding at four interaction points where the four physics experiments are located (ATLAS, CMS, ALICE, LHCb). ALFA detectors inserted into Roman Pots (RPs), have been placed around ATLAS at 240 m distance from the collision point (IP1) after six quadrupoles magnets and two dipoles defining the ALFA beam line which is part of the LHC ring.The detectors are made of scintillating optics fibers to catch elastic protons generated at IP1. These protons are tracked through the LHC magnets beam line which needs to be optimized in terms of optics parameters. We call high β optics, the optics used for special ALFA runs measurements. The high β optics parameters have been simulated to fulfill the ALFA requirements and have been tested on LHC in 2011 and 2012 during a certain number of LHC special runs. It has ended at the end of 2013. The parameters have been measured and compared with simulations. Some of them achieving a better value than expected. It allowed us to calculate systematic uncertainties and to evaluate the impact of some optics parameters on the total elastic cross section measurement.


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