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II - Le GMS ou Geometry Monitoring System

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Un contrôle de l’alignement des chambres de trajectographie du bras dimuons est absolument nécessaire du fait d’éventuelles déformations et déplacements subis par les structures. Ceux-ci proviennent essentiellement de variations de température dues à l’aimant dipolaire et à l’électronique de lecture des chambres et des effets des forces magnétiques. Ils doivent être mesurés en continu pour être corrigés hors ligne. C’est la mission du GMS.


Afin de séparer les résonances associées à la production de quarkonia de haute masse, il est demandé au spectromètre d’avoir une résolution en masse invariante meilleure que 1% soit 100 MeV/c² pour la masse du \Upsilon . Un tel niveau de résolution en masse ne peut être obtenu qu’avec des positions de chambres connues à mieux que 50 µm.

Lors d’une étude initiale, un senseur (RELCAM pour REflected Light on CAmera Monitor) constitué d’une feuille semi-réfléchissante disposée à 45° par rapport à un faisceau laser fixe et d’une caméra CMOS munie de 628 x 582 pixels de lecture a été entreprise à Lyon. Ce travail est décrit dans la note Interne ALICE/02-19. Une résolution intrinsèque de l’ordre de 1 µm et une linéarité sur une surface de 2x2 cm² meilleure que 10 µm sont obtenus après correction hardware et/ou software.

Cependant, du fait de la difficulté à trouver dans le spectromètre un chemin sans obstacle pour chacune des lignes laser, nous avons opté pour l’utilisation d’un réseau de senseurs optiques, tous deux basés sur le senseur RasNiK développé par le laboratoire NIKHEF pour l’expérience L3 et adopté dans l’expérience ATLAS. Le premier est le senseur PROX constitué d’un objet, masque codé, vu par une caméra CCD à travers une lentille, la lentille et la caméra CCD étant montés à l’intérieur d’un télescope de longueur 15 cm. La résolution obtenue est de l’ordre de 1 µm dans la direction transverse à l’axe optique et 8 µm selon l’axe optique. Ce système fonctionne parfaitement pour une distance masque-lentille de l’ordre de 15 cm. Le second est le senseur BCAM aussi développé par la collaboration ATLAS. Il diffère du senseur précédent par le type d’objet utilisé qui est deux diodes laser au lieu du masque codé. La résolution obtenue est de 5 µm pour une distance de 1 m, dans la direction transverse à l’axe optique. Ce système ne nécessite pas de focalisation et fonctionne correctement au delà de 90 cm.

Nous avons fait des simulations (rapport de stage D.E.A. et thèse de P. Pillot) qui ont permis de définir la configuration la mieux adaptée pour mesurer les déplacements et déformations des chambres de trajectographie du spectromètre (nombre de senseurs, type de senseur choisi et implantation optimale de chaque senseur...). Les systèmes PROX, du fait de leur courte portée, sont utilisés pour mesurer les déplacements relatifs de deux chambres d’une même station. Les systèmes BCAM, quant à eux, sont utilisés pour mesurer les déplacements relatifs de deux chambres appartenant à deux stations différentes, les déplacements absolus du spectromètre par rapport aux murs de la caverne d’ALICE et les déformations des chambres. Un total de 140 systèmes BCAM et 40 systèmes PROX, conduisant à environ 2300 mesures optiques pour l’enregistrement d’une photographie à un instant donné, sont nécessaires. Ces photographies sont prises à intervalles réguliers tout au long des prises de données physiques.

Les simulations ont également permis d’évaluer les performances du GMS en prenant en compte les précisions de mesure des positions initiales des chambres (avant tout déplacement), les précisions d’installation des éléments optiques (de l’ordre de 0,5 mm), les déformations des murs de la caverne d’ALICE et les fluctuations et gradients thermiques produits par l’électronique des chambres et par le dipôle. On atteint environ 50 µm de précision de mesure de déplacement des chambres et environ 15 MeV/c² de résolution en masse. Ce dernier chiffre, contribution des incertitudes du système GMS, s’ajoute aux contributions de l’absorbeur et de la résolution intrinsèque des chambres pour l’obtention de la résolution en masse totale.

Ce travail est effectué en collaboration avec le Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie de Grenoble (France) et l’Institut de Physique de Erevan (Arménie).