Simulação

O código da simulação dedicada à região de muito baixos ângulos de DELPHI é o chamado STICG [23], que se baseia no algoritmo padrão GEANT [24]. STICG inclui uma descrição detalhada do calorímetro STIC e de todo o material que o rodeia, do tubo de LEP aos contadores de VETO.

Para estudar a eficiência dos contadores de VETO na separação entre electrões e fotões, foram geradas amostras de 2000 partículas de cada tipo originadas no ponto de interacção e detectadas de um dos lados do STIC.

Na simulação seguem-se tanto a partícula primária como todas as outras produzidas nas interacções com a matéria até que a sua energia desça abaixo de uma determinada fasquia, momento em que se considera que a energia foi depositada na presente posição. Se isto acontecer num sistema de detecção, é produzido um sinal, caso contrário, a pequena quantidade de energia da partícula é perdida. Na figura 6.1 mostram-se as trajectórias de todas as partículas obtidas com uma versão interactiva do STICG.

Na figura 6.2a), estão representadas as distribuições da energia depositada em cada plano dos contadores de VETO pela partícula primária no sector correspondente à sua direcção, no caso de electrões e fotões.

Figure 6.2: Deposições de energia de electrões e fotões nos contadores de VETO. Em a) mostram-se as deposições de energia no primeiro e segundo plano do sector atravessado pela partícula. Em b), a percentagem de sinais em cada sector dos contadores de VETO (o nb.0 corresponde ao sector atravessado pela partícula primária e o nb.8 corresponde ao sector exactamente oposto). Os diferentes tons de cinzento representam diferentes cortes de energia (0 MeV, 1.5 MeV e 3.2 MeV).

A energia depositada por electrões é descrita por uma curva de Landau, característica de partículas minimamente ionizantes ($mip$). Os fotões não deveriam produzir sinais no cintilador mas fazem-no em duas regiões de energia. Os sinais de baixa energia correspondem a partículas pouco energéticas que são emitidas na direcção dos contadores de VETO durante o desenvolvimento da cascata electromagnética no STIC. A distribuição dos sinais de alta energia apresenta um pico a uma energia que é sensivelmente o dobro daquela em que se encontra o pico de um $mip$, esta distribuição corresponde a passagem nos contadores de VETO de dois electrões criados pela conversão de um fotão antes de chegar ao cintilador. A distribuição da energia depositada no segundo plano dos contadores de VETO apresenta uma cauda de alta energia causada por partículas adicionais produzidas na interacção com o primeiro plano. Embora estes planos tenham uma pequena espessura, a taxa de conversão de fotões no primeiro plano é da ordem de um por mil.

Na figura 6.2b) está representada a percentagem de partículas que produz sinais nos vários sectores dos contadores de VETO. Um sinal é definido como a coincidência de sinais nos dois planos de cada sector e os vários sectores estão numerados de acordo com a distância azimutal entre eles e a direcção da partícula inicial.

A produção de sinais em todos os sectores deve-se principalmente ao espalhamento da cascata electromagnética no STIC, em que são emitidas partículas na direcção oposta a da partícula inicial, que acabam por ser detectadas nos contadores de VETO. Assim, são muito semelhantes as distribuições obtidas para fotões e electrões já que o desenvolvimento da cascata é idêntico para os dois tipos de partícula. Na cascata é produzido um número muito elevado de partículas em todas as direcções; algumas das partículas emitidas na direcção dos contadores de VETO têm energia suficiente para atravessar os dois planos de cintilador; existem mesmo sinais no sector oposto ao da direcção da partícula inicial, o que indica que a energia das partículas da cascata é suficiente para que elas atravessem o tubo de LEP.

Nos sectores adjacentes ao da direcção da partícula primária podem existir sinais de muito alta energia, já que existe alguma sobreposição entre os diversos sectores. A maior parte do sinal é, no entanto, produzido pelas partículas retrodifundidas da cascata. Os sinais nestes sectores que não correspondem à trajectória da partícula inicial podem ser desprezados já que a determinação da direcção é feita pelo STIC com muita precisão.

A principal informação que deve ser retirada da figura 6.2b) é a de que os diferentes efeitos que levam à produção de sinais nos contadores de VETO são separáveis em termos da energia do sinal produzido. A percentagem de sinais em cada categoria é:

	Electrões	Fotões
Sem sinal	2$\%$	61$\%$
"Retrodifusão"	1$\%$	10$\%$
Sinal $mip$	95$\%$	2$\%$
Sinal $2 mip$	2$\%$	27$\%$

Estes números pretendem apenas ilustrar a possibilidade de separação entre partículas, mas não podem ser utilizados como referência, no sentido em que não refletem a calibração usada nos dados, que é feita de modo a subir a eficiência de detecção para electrões. É ainda necessário ter em conta que a importância relativa de cada processo depende fortemente da distribuição angular das partículas. Por exemplo, devido à geometria dos contadores de VETO, o sinal produzido por retrodifusão de partículas será maior no caso da partícula primária ser emitida com um ângulo polar alto, enquanto que os sinais produzidos em sectores que não correspondem à direcção da partícula inicial são mais prováveis se esta tiver sido emitida com baixo ângulo polar.

A taxa de conversão de fotões tem também uma importante dependência nos ângulos polar e azimutal de emissão, enquanto que é quase independente da energia do fotão (desde que esta seja da ordem de GeV). A taxa de conversão é determinada pela quantidade de material atravessada pelo fotão antes de atingir os contadores de VETO. Assim, a distribuição da percentagem de conversões no espaço (na figura 6.3, em coordenadas angulares) permite mapear o material presente em DELPHI, entre o ponto de interacção e os contadores de VETO. Existe um número significativo de conversões devido ao material do tubo de LEP, mas a maior parte dos fotões converte-se a alto ângulo polar e em regiões bem definidas de ângulo azimutal, que correspondem às posições das caixas de alumínio que contêm os LASERs usados na calibração da TPC (existem seis caixas distribuídas em intervalos de 60$^\circ$em $\phi$, em cada lado de DELPHI).

Figure 6.3: Conversão de fotões em função dos ângulos polar e azimutal em que são emitidos. Os pontos pretos, nas distribuições inferiores, correspondem à projecção do mapa bi-dimensional e mostram a probabilidade de que um fotão emitido em cada direcção se converta antes de chegar aos contadores de VETO. Os pontos a branco indicam a probabilidade total de produção de um sinal nos contadores de VETO.