LA CALIBRAZIONE DELLE CAMERE MDT IN ATLAS Renato Febbraro Università Roma Tre/INFN Roma 27/9/2006.

LA CALIBRAZIONE DELLE CAMERE LA CALIBRAZIONE DELLE CAMERE MDT IN ATLASMDT IN ATLAS

Renato FebbraroRenato Febbraro

Università “Roma Tre”/INFNUniversità “Roma Tre”/INFN

Roma 27/9/2006Roma 27/9/2006

27 Settembre 2006 R.Febbraro-Tesi di Laurea 2

SOMMARIO

• LHC e il rivelatore ATLAS

• Spettrometro a muoni e camere MDT• Strategia di calibrazione

– Ambiente software di ATLAS (ATHENA)– Selezione degli eventi in Fast– Inserimento e test degli algoritmi di calibrazione

• Conclusioni


LHC

Collisore protone-protone

Energia nel centro di massa di 14 TeV (7+7)

Circonferenza di 27 Km

1011 protoni per pacchetto

25 ns distanza temporale fra pacchetti


IL RIVELATORE ATLAS

Spettrometro per µ

Calorimetro elettromagnetico

Solenoide

Calorimetro in avanti Toroide

dell’endcap

Toroide del barrel

Rivelatore internoCalorimetro adronico


I MUONI IN ATLASRegione di piccola massa

mH < 130 GeV

H -> bbRegione di massa

intermedia

130 GeV< mH < 2mZ

H WW, HZZ

Regione di massa grande(mH > 2 mz )H WW, H ZZ

I canali migliori dal punto di vista sperimentale sono quelli con i leptoni nello stato finale

H ZZ 4(Golden Channel)


LO SPETTROMETRO PER MUONI (1)

REQUISITI

• Capacità di trigger su uno o più muoni in un vasto intervallo di pt;

• Buona risoluzione nella misura dell’impulso nell’intervallo tra 6 GeV/c e 1 TeV/c;

• capacità di lavorare per molti anni ad un flusso elevato.

Camere di trigger dedicate

Campo magnetico toroidale in aria e

rivelatori di posizione

Problemi legati all’invecchiamento


LO SPETTROMETRO PER MUONI (2)

~ 1200 camere MDT

RomaTre ha assemblato, testato e certificato63 BIL chambers

Camere di trigger

Misura di precisione

Le camere MDT sono utilizzate per la misura dell’impulso.

E forniscono la coordinata lungo il piano di curvatura del campo

magnetico.

Le camere RPC sono delle camere veloci (1ns la loro la risoluzione temporale), ed oltre a fornire il

trigger danno anche la seconda coordinata


RISOLUZIONE IN IMPULSO

A basso impulso la limitazione alla risoluzione proviene dalle

fluttuazioni dovuta alla perdita di energia.

Ad impulso impulso è dominante la risoluzione intrinseca al rivelatore

Mentre la diffusione coulombiana contribuisce in modo indipendente

dal momento e domina nella regione compresa fra 20 GeV/c e 100 GeV/c


CAMERE MDT (1)Ogni camera è divisa in :

2 Multilayer,3 ou 4 Layer,

Ogni Layer è composto da un piano di tubi a deriva

Nel dipartimento di Fisica dell’università “Roma Tre” sono testate le camere BIL (Barrel Inner Large)

Ogni tubo determina la distanza tra la traccia di una particella

carica e il filo partendo dal tempo di arrivo della carica di

ionizzazione sopra il valore di soglia, dovuta agli eletroni primari


CAMERE MDT (2)

Tubo di AlR=15mm

400m di spessore

Anode wire 50 mm W

electron drift time

signal amplitudeTDCADC

La miscela del gas è com: Ar-CO2 93%-7%La pressione è di 3 bar

Il tempo massimo di deriva è 700 nsLa risoluzione è circa 80 m


CAMERE MDT (3)

Sistema di distribuzione del gas

Schede di distribuzione dell’alta tensione per la lettura

del segnale

Elettronica


CAMERE MDT (4)Vogliamo conoscere la distanza della traccia dal filo di anodo.

Il campo elettrico accelera gli elettroni primari.

A causa della miscela del gas la velocità di deriva non è LINEARE.

LA RELAZIONE RT E’ PIU’ COMPLESSA

CALIBRAZIONECALIBRAZIONE


RELAZIONE RT PER LE MDT (1)

Integrando lo spettro temporale possiamo ottenere una relazione RT

Considerando un numero sufficientemente elevato di tracce (>20k) possiamo scrivere

Quindi posso scrivere la relazione RT utilizzando l’espressione precedente:


PARAMETRI FONDAMENTALI DELLO SPETTRO DI DERIVA

T0T0 TmaxTmax

Dipende dall’elettronica, varia da tubo a tubo.

Non necessario per le calibrazioni, ci da comunque un indicazione sulla qualità

dei dati (sensibile a variazione dei par. Amb.)


CALIBRAZIONE DELLE CAMERE MDT

Due aspetti:

. Estrazione dei dati

. Elaborazione delle calibrazioni


DI QUANTI DATI ABBIAMO BISOGNO PER CALIBRARE

• T0

• RT

day

muonsmuonhits

tubestubehits

/10

104/20

104/102

8

854

day

muonsmuonsegs

CRCRsegs

/10

103/6

10/102

8

744


DOVE PRENDIAMO I DATI PER LE CALIBRAZIONI

ABBIAMO BISOGNO DI UNO STREAM DEDICATO

DOPO L’EVENT FILTER IL FLUSSO di eventi muonici E’ 40 Hz

(60 GIORNI PER UNO SPETTRO DI DERIVA)

Il primo livello di trigger effettua una prima selezione degli

eventi usando separatamente le informazioni dei differenti

rivelatori

Il secondo livello di trigger conferma gli eventi selezionati dal

LVL1, e ne riduce ulteriormente la

frequenza

L’Event Builder assembla le

informazioni provenienti dai differenti apparati per formare un evento

completo


DOVE PRENDIAMO I DATI PER LE CALIBRAZIONI

I dati vengono presi dal LVL2MU in modo da

avere un flusso di alcuni KHz


ORGANIZZAZIONE DEI DATI NELLO SPETTROMETRO A MUONI

L’algoritmo di secondo livello Fast opera sulle RoI generate dal trigger di LVL1

Il trigger di LVL1 definisce le Region of

Interest sulle quali andrà ad operare il

trigger di LVL2

After L1 emulation

LVL1 LVL1 RoIRoI


ATHENA (1)Il software dell’esperimento ATLAS e’ sviluppato in C++ e

l’ambiente di lavoro che ospita i diversi algoritmi, sia per i trigger di alto livello che per riscostruzione, calibrazione ed

analisi, si chiama ATHENA

ATHENA è un framework ossia un software di sostegno alla struttura

informatica che permetta l’interazione fra i vari algoritmi necessari ad un esperimento


ATHENA (2)

• Nell’ambito del lavoro di tesi ho:– Eseguito in ATHENA il software di Fast– Inserito in ATHENA nuovi algoritmi per

calibrazione (T0)– Verificato usando ATHENA le loro prestazioni

(stabilita’, robustezza... ) sia su dati di test che su simulazioni


FAST

All’interno delle RoI vengono cercati gli hit degli MDT. Questo avviene aprendo delle Muon Road intorno alla traiettoria definita

dal LVL1

I segmenti di traccia ricostruiti forniscono una misura precisa della direzione e della

posizione e della traccia del muone. Le informazioni ricondotte al piano centrale

vengono usate per definire un superpunto

CON FAST HO VERIFICATO CHE IL DATO PRODOTTO IN

USCITA POSSEDESSE TUTTE LE INFORMAZIONI NECESSARIE ALLE

CALIBRAZIONI


FORMATO DEL DATO DI CALIBRAZIONE

Calib. T. IDCalib. T. IDWordcountWordcount

MDT hits MDT hits (raw data)(raw data)

LVL2 muon LVL2 muon features (features (

ppTT, etc.), etc.)

RPC/TGC hits RPC/TGC hits (raw data)(raw data)

Min. Min. datadata

Max. Max. datadata


TEST DELL’ALGORITMO DI CALIBRAZIONE

L’algoritmo di calibrazione (la parte che esegue il calcolo del T0 è stata scritta da me) è stato testato in

due fasi successive utilizzando:

• I DATI DEL TEST BEAM

• I DATI OTTENUTI CON IL MONTE CARLO


TEST BEAM SETUP

QUESTA E’ LA CONFIGURAZIONE DEL TEST BEAM CHE USA IL FASCIO SPS DEL CERN

rotating BIL

Beam: ~ 20 & 100 GeV BARRE

LEND CAP


TEST DEGLI ALGORITMI CON I DATI DEL TEST BEAM

I PLOT MOSTRATI SONO STATI PRODOTTI FACENDO LE DIFFERENZE TRA DUE CAMPIONI INDIPENDENTI DI DATI ACQUISITI A BREVE DISTANZA DI TEMPO PER CONTROLLARE LA STABILITA’

DELL’ALGORITMO


TEST CON I DATI MONTE CARLO (1)

DATI MONTE CARLO:

• La calibrazione è fatta per settori: in questo caso ho preso solo un settore dello spettrometro (=1 e =2)

• L’energia dei muoni è 100 GeV



• Con i dati del monte Carlo ho controllato che le RT prodotte fossero paragonabili con quelle usate nella digitizzazione

BIL BML BOL



Qui viene mostrata la differenza tra la RT di digitizzazione e quella prodotta per una camera BIL



Spettro di deriva ottenuto con il Monte Carlo

Nel plot di sinistra si vede lo spettro di deriva ottenuto per un tubo, dove si vede che si riesce a riprodurre per il T0 ilo valore inserito nel Monte

Carlo

Mentre a destra è mostrato lo spettro di deriva per l’intera camera


TEST CON I DATI DEL MONTE CARLO (5)

Distribuzione del T0. Il valore della gaussiana è di 814 ns con una

sigma di 3 ns compatibile con il valore della risoluzione aspettato

per il numero di eventi considerato


CONCLUSIONI

Con il mio lavoro ho verificato che :

• L’algoritmo usato è robusto, stabile ed è in grado di produrre in modo corretto le costanti di calibrazione (RT, T0)

• La migliore posizione dove prendere i dati delle calibrazioni è il trigger di secondo livello sfruttando Fast

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