LHC, ATLAS, ITk, Pixels, Détecteur, Trajectographe, Instrumentation

Le collisionneur des protons Large Hadron Collider (LHC) du CERN a atteint ses valeurs de dessin en 2015, avec une énergie dans le centre de masse de 13 TeV et une luminosité instantanée de 1x10^(34) cm-2 s-1. Pour continuer à faire avancer les connaissances dans le domaine de la physique des particules et exploiter au maximum le potentiel de l'accélérateur le CERN a préparé un plan de mises à jour pour transformer le LHC dans une machine à haute luminosité (HL-LHC), avec une augmentation de 5 à 7 de la luminosité instantanée. En vue du HL-LHC en 2026, les expériences auprès du LHC ' comme ATLAS ' seront aussi mises à niveau, afin de maintenir le même niveau de performances ' voir l'améliorer ' même dans les conditions très contraignantes ' augmentation du niveau de radiation et du taux d'occupation - de la phase à haute luminosité. La thèse porte sur la mise à jour du trajectographe d'ATLAS qui va à devenir un détecteur basé entièrement sur des capteurs silicium le Inner Tracker (ITk). Le ITk sera composé de détecteurs à pixels dans la partie la plus interne et à microbandes pour le reste, avec une couverture plus étendue en pseudo-rapidité "eta" qu'avant (jusqu'à eta=4). Le ITk pixel detector sera instrumenté avec des modules hybrides avec capteurs n-in-p et puce de lecture ITkPixV2. Les capteurs auront une épaisseur de 100-150 µm avec un pas de 50x50 µm2 ou 25x100 µm2. Des prototypes de modules hybrides à pixels ont été préalablement testés avec des faisceaux de particules de hautes énergies pour mesurer leurs performances et valider les dessins proposés. En particulier les modules devaient assurer une efficacité de reconstruction de hit supérieure à 97% même après irradiation à un niveau comparable à celui attendu pendant la prise de donné. Les capteurs à pixels en technologie planaire que j'ai étudié pendant ma thèse ont été produits par la fonderie FBK et ont montré une efficacité de 97% ce qui a permis à FBK de se qualifier pour la production de capteurs à pixels pour ATLAS ITk Pixels. Les techniques de mesures et analyse de données de faisceaux tests, ainsi que les résultats, qui ont conduit à la qualification sont présentées dans la thèse et elles sont au coeur de mon travail. En parallèle j'ai travaillé à des simulations numériques des performances des capteurs à pixels pour l'ITk lorsqu'ils sont mesurés en faisceau test, en utilisant le logiciel «allpix-squared». Ce travail m'a permis de mieux comprendre la résolution spatiale des détecteurs pour ITk et plus particulièrement l'impact de la diffusion multiple sur la précision de reconstruction des hits. L'accord entre simulations et données est acceptable et mon travail servira aussi de base pour des études futurs. Pendant la thèse j'ai aussi investigué une nouvelle méthode de calibration du seuil pour les pixels dans la couche la plus interne (IBL) du trajectographe actuel d'ATLAS. Ce sous-détecteur est équipé avec une puce de lecture (FEI4b) qui a montré une non-uniformité importante dans la collection de charge; cela est dû à un problème du système d'injection de charge de la puce même. La nouvelle méthode proposée repose sur le comptage de hits dus aux bruits ; le seuil est ajusté jusqu'à quand le taux d'occupation souhaité est atteint. Les résultats avec la nouvelle méthode montrent une bonne uniformité dans la récolte de charge et l'algorithme est maintenant disponible dans le système d'acquisition d'ATLAS.