Développement d'un détecteur interne basé sur CMOS pixel pour traquer les trajectoires des particules à l'expérience de BESIII au BEPC-II

Development of a CMOS pixel based inner tracker for the BES-III experiment at BEPC-II

• Auteur / Autrice : Qingyuan Liu
• Direction : Marc Winter, Meng Wang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules élémentaires
• Date : Soutenance le 19/09/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Strasbourg ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Sandrine Courtin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Kajfasz, Imad Laktineh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Particules (physique)

Monte-Carlo, Méthode de

Détecteurs à semiconducteurs

Capteurs d'images CMOS

Mots clés libres

Détecteur de pixels

Optimisation du tracker

CPS test

Algorithme de suivi de trajectoires

Pixel detector

Tracker optimization

CPS test

Tracking algorithm

Résumé

La thèse se place dans le contexte du programme de physique prévu auprès du collisionneur Beijing Electron Positron Collider II, pour lequel l'expérience BESIII (Beijing Electron Spectrometer III) doit subir une jouvence. Mon travail concerne l'amélioration des performances de la trajectométrie centrale de l'expérience, en explorant une nouvelle approche utilisant les capteurs à pixels CMOS (CPS) en remplacement partiel de la chambre à dérive actuelle. Il est validé, qu'un pixel de 39.0X50.8 µm2 permet d'atteindre une résolution spatiale ~10 µm. Cette confirmation ouvre la voie pour le développement d'échelle de grande longueur. Un logiciel générique proposant une stratégie d'optimisation pour un trajectomètre pixellisé a été mis au point et appliqué au cas particulier du BESIII. Il a permis de montrer qu'une configuration à trois couches optimise la résolution sur les trajectoire alors qu'une option incluant une couche double-face atteint une efficacité de reconstruction supérieure.

The thesis addresses the upcoming particle physics program foreseen at the Beijing Electron Positron Collider II, for which the Beijing Electron Spectrometer III (BESIII) is being upgraded. The work presented focused on the upgrade of the central tracker of the experiment by exploring the possibilities offered by a new approach using CMOS Pixel Sensors (CPS) instead of the present gas drift chamber. The performance of CPS with a larger pixel (39.0X50.8 µm2) and a lower power consumption has been validated, which will help to develop long ladders. A general strategy and software to optimise the design of a barrel pixelated tracker has also been developed, and its application on the BESIII silicon tracker indicates that the layout of three evenly placed single-sided layers is favoured by BESIII physics for the best momentum resolution, with an option using one double-sided ladder to achieve a higher tracking efficiency.