Conception et mise au point de l'électronique frontale du détecteur de pied de gerbe (Preshower) de l'expérience CMS

Abstract

Les collisionneurs de particules utilisés dans les expériences modernes de physique des hautes énergies, sont entourés de très gros détecteurs comprenant un nombre important de capteurs qui mesurent la charge des particules les traversant. Le détecteur Preshower (détecteur de pied de gerbe) de l'expérience CMS est un calorimètre électromagnétique à échantillonnage qui produit des gerbes électromagnétiques quand il est traversé par des électrons ou des photons provenant des interactions protons-protons dans le LHC. Sa raison d'être est l'identification des photons issus de la désintégration des pions neutres, afin de les discerner des photons issus de la désintégration la plus probable du boson de Higgs, H[exposant 0] [vers] gg. Ce détecteur comporte 4300 capteurs silicium de 32 canaux et couvre une surface totale de 16.4 mètres carrés. Les circuits intégrés qui constituent l'électronique de lecture frontale (PACE), assurent la mesure de la charge de chaque canal individuellement avec une grande précision, un bruit faible, sur une grande gamme dynamique (4 fc à 1.6 pC), à la fréquence de 40 MHz et dans un environnement radiatif intense. Cette thèse présente la conception et la mise en au point de ces ASICs. Le premier chapitre présente le détecteur Preshower et définit les spécifications dictées par la physique. Le deuxième chapitre a trait aux radiations, leurs effets sur les composants électroniques et les moyens de durcissement (méthodes de conception/choix des filières technologiques) pour résister à la radioactivité du LHC. Les chapitres 3 à 5 présentent la conception et les résultats de mesures de deux développements de PACE. Deux architectures de mémoire analogique sont notamment discutées, l'une basée sur une technique d'intégration de courant, l'autre sur une technique de tension échantillonnée. Des résultats expérimentaux obtenus sur un prototype électromécanique de Preshower, monté sur un faisceau test, sont également présentés.LYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF