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Accueil > Recherche > Les Axes et Activités de Recherche > Expériences et Modélisation en Astroparticules (EMA) > AMS-02 > Les sous-systèmes d’AMS-02

ECAL

publié le , mis à jour le

L’Electromagnetic CALorimeter (ECAL) est un lourd ensemble de plomb équipé de divers instruments. Les particules incidentes interagissent dans ce matériau très dense en produisant une pluie de particules de faible énergie. D’après la forme de cette douche [shower] il est possible d’identifier les particules et leur énergie initiale.

Pourquoi avons-nous besoin de l’ECAL ?

ECAL avant son intégration dans AMS. Les orifices sur les côtés vont héberger les PMT (Photo Multiplier Tubes)

Le positron a la charge du proton et est de même signe, mais sa masse est de 1/2000. Comme un positron de haute énergie peut avoir la même rigidité qu’un proton de basse énergie, ils ne peuvent pas être différenciés par un champ magnétique. Dans les flux de rayons cosmiques il y a seulement 1 positron pour 100 000 protons. Nous avons donc besoin d’un moyen efficace de séparation des positrons des protons.

La même question de pose pour différencier l’électron de l’antiproton. Dans ce cas, l’abondance naturelle est de 1 antiproton sur 100 électrons. ECAL est un système de détection capable de distinguer entre les positrons des protons et les électrons des antiprotons, et qui peut trouver un positron sur plus de 100 000 protons ! Afin d’avoir une meilleure réjection, un autre détecteur spécialisés est présent dans AMS02 : le TRD.

ECAL est également capable de mesurer directement les photons de haute énergie (γ) avec une détermination de l’énergie et de la direction très précise.

Comment fonctionne ECAL ?

Quand un e + ou e- de haute énergie traverse un matériau avec un Z élevé - comme le plomb - de nombreux autres e+, e- et γ de basse énergie sont produits. Cette douche de particules est appelé gerbe électromagnétique et elle est causée par l’interaction de deux phénomènes : le bremsstrhalung (mot allemand pour rayonnement de freinage) ou la production de photons par des positrons et des électrons, et la production de paires qui consiste en la conversion d’un photon en une paire e + e-. La douche se termine soit lorsque des particules secondaires sont absorbés dans le matériau ou quand ils sont en mesure d’échapper à ce matériau.

Un proton incident interagit de façon très différente, produisant une douche hadronique, qui a une forme totalement différente. La douche produite par le proton est caractérisée par la production de nombreux types de particules (pions, kaons, ...) ce qui entraîne une diffusion plus large de particules.

Un proton en non-interaction passe par ECAL. mais à un électron est associée une douche (ou gerbe) électromagnétique.

ECAL est capable de reconstruire un profil 3D de douche à 18 profondeurs différentes. Ces mesures donnent une description précise des formes longitudinales et transversales de la douche, permettant la distinction entre positrons et protons.

Dans le cas de e +, e- ou γ incidents avec des énergies inférieures à 1 TeV, la gerbe électromagnétique est presque contenue dans ECAL, et son signal global est proportionnelle à l’énergie de la particule.

De la forme de la gerbe, il est également possible de reconstruire la direction de la particule incidente. ECAL peut atteindre une précision de quelques degrés. Ceci est très important pour la mesure des photons de haute énergie.

La mesure des rayons gamma (γ) par AMS

Avec AMS il est possible de mesurer l’énergie des rayons gamma de haute énergie et leur direction d’arrivée de deux façons :

1) mode Single Photon : soit par la détection directe dans ECAL. Dans ce cas, ECAL fonctionne comme un instrument autonome. Il peut déclencher et enregistrer l’événement de rayons gamma par lui-même. La position et la résolution de l’énergie par ECAL sont très bonnes jusqu’à 300 GeV, voir plus.

2) mode Conversion : soit par la conversion de paires de photons dans le Tracker. Quand un photon de haute énergie se transforme en une paire électron/positon dans le Tracker, cette paire est produite dans vers l’avant et est ensuite séparée par le champ magnétique. En partant des courbures de trajectoires de la paire e+ et e-, nous pouvons reconstruire l’énergie du photon et sa direction.

Afin d’être en mesure d’associer la direction d’un photon avec une position dans le ciel, un Star Tracker est également présent dans AMS-02.