Eficiência de Detecção de Partículas Carregadas

Figure 6.4: Distribuições de energia, ângulo polar e ângulo azimutal dos dois electrões nos acontecimentos Bhabha.

A eficiência de detecção de partículas carregadas é medida numa amostra de acontecimentos Bhabha a baixo ângulo. Estes acontecimentos são seleccionados requerendo duas deposições de energia electromagnética no STIC, cada uma com pelo menos 65% da energia do feixe, em coincidência em ambos os lados de DELPHI e com uma acoplanaridade no plano transverso (definido de forma a incluir a linha de feixe) inferior a 20$^\circ$. Não são admitidas outras partículas com mais de 1 GeV e a energia total visível fora do STIC deve ser inferior a 10% da energia de centro de massa. Para se estudarem partículas isoladas nos contadores de VETO, seleccionam-se apenas os acontecimentos em que há uma única deposição forte de energia associada a cada electrão, que deve corresponder a mais de 95% da energia total da partícula.

A secção eficaz diferencial da dispersão Bhabha

$$\frac{d\sigma}{d\omega}(\theta) = \frac{\alpha^2}{2s} [\frac... ...\cos^2{\theta}}{2}-\frac{2\cos^4{\theta/2}}{\sin^2{\theta/2}}]$$ (6.1)

pode ser aproximada por $\frac{16\pi\alpha^2}{s}(\frac{1}{\theta^4})$, na região em que o ângulo polar é inferior a 10$^\circ$.

O principal processo de fundo é $e^+e^- \rightarrow \gamma\gamma$ que tem uma secção eficaz diferencial de $\frac{\alpha^2}{s}\frac{1+\cos^2{\theta}}{1-\sin^2{\theta}}$. Na região 2$^\circ$$<\theta<$10$^\circ$, a contaminação é inferior a 0.5% e pode ser desprezada.

A amostra analisada compreende 7817 acontecimentoss. Na figura 6.4 representam-se as distribuições de momento, ângulo polar e ângulo azimutal para as partículas detectadas nos dois lados de DELPHI. O lado A é o que corresponde ao feixe de electrões ($\theta>$170$^\circ$) e o lado C é o do feixe de positrões ($\theta <$10$^\circ$).

As distribuições da energia depositada nos dois planos dos contadores de VETO pelos electrões, nos sectores que correspondem às suas direcções e nos sectores adjacentes, estão representadas na figura 6.5. A energia é medida em contagens de ADC com um número de contagens limitado a 999. Os sinais nos sectores à esquerda e à direita da trajectória da partícula primária, correspondem principalmente a partículas produzidas na cascata electromagnética do calorímetro e retrodifundidas para o cintilador. Os sinais no sector central, correspondem, por sua vez, à soma dos sinais produzidos pela partícula inicial com os sinais produzidos pelas partículas de retrodifusão. Pela comparação das duas situações define-se a 150 ADCs um corte para rejeição de sinais de retrodifusão. Embora as partículas produzidas na cascata não sejam, em principio, muito energéticas, algumas delas produzem sinais acima deste valor, podendo mesmo atingir os 999 ADCs.

O número médio de contagens ADC no sector que corresponde à direcção dos electrões e positrões iniciais é representado na figura 6.6, para os dois planos dos vários sectores dos contadores de VETO. Um sinal "real" corresponde a uma deposição média de energia de 750 ADCs, no primeiro plano, e a um valor menor, mas ainda superior a 700 ADCs, no segundo plano; mais de 30% dos sinais atingem os 999 ADCs em ambos os planos. O primeiro plano do último sector do lado C é claramente ineficiente.

O critério para identificação de uma partícula carregada nos contadores de VETO será baseado na existência de uma coincidência de sinais superiores a 150 ADCs nos dois planos do sector correspondente à trajectória da partícula, tal como é medida pelo STIC. As eficiências médias que se obtêm com este critério, retirando o último sector do lado C, são de:

* Eficiência no lado A : 98.8$\% \pm$ 0.1$\%$;

* Eficiência no lado C : 98.8$\% \pm$ 0.1$\%$;

* Eficiência em Bhabha : 97.8$\% \pm$ 0.2$\%$.

A eficiência de identificação de acontecimentos de dispersão Bhabha é definida como a percentagem de acontecimentos nos quais existe uma coincidência de sinais nos lados A e C dos contadores de VETO. Se se incluir o sector ineficiente do lado C (que tem uma eficiência própria de apenas 27%), os valor de eficiência de identificação de acontecimento Bhabha desce para 93.4$\% \pm$ 0.3$\%$, e a eficiência de detecção de partículas carregadas no lado C reduz-se a 94.6$\% \pm$ 0.3$\%$.

No cálculo dos valores de eficiência limitou-se a aceitância do STIC à região de ângulos polares compreendida entre 2.5$^\circ$e 6.5 $^\circ$(ou 173.5$^\circ$e 177.5$^\circ$). É, assim, assegurado que a cascata electromagnética está totalmente contida no calorímetro. Se se alargar a aceitância, considerando todas as partículas detectadas no STIC, as eficiências são muito pouco reduzidas (de 0.2$\%$).

Figure 6.5: Contagens ADC nos dois planos dois contadores de VETO nos sectores que correspondem à direcção da partícula medida pelo STIC e nos sectores imediatamente à esquerda e à direita destes. Mostra-se ainda o número médio de contagens ADC no primeiro plano do sector 2 (lado A) em função do ângulo polar da deposição de energia no STIC. A separação entre sectores pode ser feita por comparação dos sinais produzidos em sectores adjacentes.

Figure 6.6: Na parte superior mostra-se o número médio de contagens ADC para os dois planos em cada sector dos contadores de VETO. Na parte inferior, a variação de eficiência de detecção de partículas carregadas em função dos ângulos polares e azimutal. O ângulo azimutal é dividido de acordo com a separação dos contadores de VETO em 16 sectores para cada lado de DELPHI.