Sviluppo di Sviluppo di unun’’interfaccia grafica interfaccia grafica per la certificazione per la certificazione delle camere MDT al delle camere MDT al

CERNCERNAndrea Palaia

Tesi di laurea di primo livello in Fisica

SOMMARIOSOMMARIO

IntroduzioneIntroduzione

LHC e gli esperimentiLHC e gli esperimenti

Esperimento ATLAS (spettrometro per muoni)Esperimento ATLAS (spettrometro per muoni)

Certificazione finale delle camere MDTCertificazione finale delle camere MDT

Analisi del rumore termico dell’elettronica Analisi del rumore termico dell’elettronica

delle camere MDT:delle camere MDT: Software di testSoftware di test

Risultati sperimentaliRisultati sperimentali

ConclusioniConclusioni

IntroduzioneIntroduzione Nel Modello Standard il bosone di Higgs è alla base Nel Modello Standard il bosone di Higgs è alla base

del meccanismo con cui le particelle acquistano del meccanismo con cui le particelle acquistano massa: la sua osservazione è fondamentale per massa: la sua osservazione è fondamentale per verificare la consistenza della teoriaverificare la consistenza della teoria

Debole previsione teorica della sua massa (< 1 Debole previsione teorica della sua massa (< 1 TeV)TeV)

Limiti sperimentali da osservazioni a LEP (> 114 Limiti sperimentali da osservazioni a LEP (> 114 GeV)GeV)

Per poter produrre tali masse è necessario disporre Per poter produrre tali masse è necessario disporre di un collisore con elevata energia nel c.m.s.di un collisore con elevata energia nel c.m.s.

Bassa sezione d’urto Bassa sezione d’urto ( (pb)pb) alta alta luminosità Lluminosità L

Large Hadron ColliderLarge Hadron Collider

Collisioni p-p – 14 TeV nel cmsCollisioni p-p – 14 TeV nel cms(poi anche tra ioni Pb(poi anche tra ioni Pb82+82+))

LuminositàLuminosità

~10~103434cmcm-2-2ss-1-1

10101111 particelle per bunch che collidono ogni 25 particelle per bunch che collidono ogni 25 nsns

Circonferenza ~27 kmCirconferenza ~27 km 1200 dipoli con campo ~8.4 Tesla1200 dipoli con campo ~8.4 Tesla

L =pνN1N2

4πσxσy

CARATTERISTICHE:CARATTERISTICHE:

Esperimenti a LHCEsperimenti a LHCplasma quark-gluoni

violazione simmetria CP

bosone di Higgs

bosone di Higgs

L’esperimento ATLASL’esperimento ATLAS

Orientato alla ricerca del bosone di Higgs tramite l’osservazione dei suoi prodotti di

decadimento

H ZZ 4μ (“Golden Channel”)

ATLAS – rivelatore ATLAS – rivelatore internointerno

Risoluzione misura Risoluzione misura impulso:impulso:

nel caso in cui pnel caso in cui p 500 500 GeVGeV

p

p 30%

Elevata densità di tracceElevata densità di tracce

Elevata granularità del rivelatoreElevata granularità del rivelatore

Campo solenoidale di 2 TeslaCampo solenoidale di 2 Tesla

ATLAS - calorimetriATLAS - calorimetriMisura dell’energia e Misura dell’energia e della direzione delle della direzione delle particelle e dei jetparticelle e dei jet

segmentazionesegmentazione calorimetro elettromagneticocalorimetro elettromagnetico

calorimetro adronicocalorimetro adronico

ΔEE

10%E

= 1%

ΔEE

50%E

= 3%

ATLAS – spettrometro ATLAS – spettrometro per μper μ

3 stazioni di misura 3 stazioni di misura organizzate in torri organizzate in torri proiettiveproiettive

Campo magnetico Campo magnetico toroidale in aria toroidale in aria (minimizza scttering (minimizza scttering multiplo)multiplo)

Rivelatori di trigger Rivelatori di trigger appositiappositi

Necessità di elevata Necessità di elevata precisione nella precisione nella

ricostruzione delle ricostruzione delle tracce e nella misura tracce e nella misura

dell’impulso dei μdell’impulso dei μ

Rivelatori di traccia: Rivelatori di traccia: camere MDTcamere MDT

Forniscono misure di precisione delle tracce nel Forniscono misure di precisione delle tracce nel piano di curvaturapiano di curvatura

Basano il loro funzionamento su tubi a Basano il loro funzionamento su tubi a deriva che operano in regime deriva che operano in regime

proporzionaleproporzionale

Tubi riempiti con miscela Tubi riempiti con miscela di gas Ar (93%) COdi gas Ar (93%) CO22 (7%) (7%) tenuta alla pressione di 3 tenuta alla pressione di 3 bar assolutibar assoluti

Tubi assemblati in Tubi assemblati in layerlayer e e multilayermultilayer

Risoluzione spaziale 80 Risoluzione spaziale 80 µmµm

Camere MDT: read-outCamere MDT: read-out

HV

3080 V

ASD

- soglia- isteresi

TDC

DAQ

Certificazione delle Certificazione delle camere MDTcamere MDT

AllineamentoAllineamento

Controllo dei sensori di temperatura e campo Controllo dei sensori di temperatura e campo

magneticomagnetico

Controllo di tenuta sistema del gasControllo di tenuta sistema del gas

Controllo del sistema distribuzione dell’alta Controllo del sistema distribuzione dell’alta

tensionetensione

Analisi del rumore termico (test di noise)Analisi del rumore termico (test di noise)

Acquisizione dati da raggi cosmiciAcquisizione dati da raggi cosmici

Tutti i rivelatori, già sottoposti a diversi controlli nei siti di produzione, vengono ricontrollati al CERN (eventuale

danneggiamento durante il trasporto)

Test di noise (1)Test di noise (1)

Anche l’agitazione termica degli elettroni nei conduttori provoca la formazione di segnali

Se i segnali superano la tensione di soglia vengono interpretati

dall’elettronica di lettura come eventi

Il test consiste nel contare Il test consiste nel contare per ogni tubo il numero di per ogni tubo il numero di

eventi non dovuti al passaggio eventi non dovuti al passaggio di particelledi particelle

Test di noise (2)Test di noise (2)

Ci sono sempre particelle cosmiche

che generano segnali non di

rumore

Si usa un trigger software random in

modo che prevalgano segnali di rumore

SEGNALE DI

TRIGGER

FINESTRA TEMPORALE di 1.6 μs

Se il tubo n-esimo ha generato un segnale sopra-soglia l’evento

viene registrato

Software di test (1)Software di test (1)

Inizializzazione via JTAG

Start DAQ su crate

VMEAnalisi con

ROOT

Scrittura di un file di log

Upload dei risultati su

DB

linguaggio Object linguaggio Object

Oriented (Java)Oriented (Java)

parametri da file esternoparametri da file esterno

Software di test (2)Software di test (2)

Inizializzazione via JTAG

Start DAQ su crate

VME

Analisi con ROOT

Scrittura di un file di log

Upload dei risultati su

DB

tramite due diversi programmi eseguiti sulla CPU del crate VME

macro in C++

creazione di una struttura logica Tree e di istogrammi + salvataggio in un fileriepilogo dei parametri di esecuzione del testcodici dei mezzanini montati sulla camera

noise per ogni tubo

Analisi dei dati con Analisi dei dati con ROOTROOT

ROOT: tool di analisi basato sul linguaggio C++ (interprete a riga di comando) fortemente

orientato all’analisi di eventi fisiciFramework ufficiale del software on-line e off-

line di ATLAS

lettura dei dati da un file di testo

200000 4 367 11 21324 29 188 11 22322 32 4

costruzione della

struttura logica Tree

creazione di

istogrammi

salvataggio dei

risultati

file di testo

file di ROO

T

Risultato di un test di Risultato di un test di noisenoise

Test di noise in funzione Test di noise in funzione della soglia del della soglia del discriminatorediscriminatore

Test di noise in funzione Test di noise in funzione della soglia per diverse della soglia per diverse

isteresiisteresi

All’aumentare del valore dell’isteresi diminuisce il numero di conteggi

hyst 2 mVhyst 5 mVhyst 9 mVhyst 15 mV

ConclusioniConclusioni Il lavoro di tesi è consistito nello Il lavoro di tesi è consistito nello sviluppo di un software di supporto alla sviluppo di un software di supporto alla procedura di analisi del rumore termico procedura di analisi del rumore termico delldell’’elettronica delle camere MDT.elettronica delle camere MDT.

Il software sviluppato viene Il software sviluppato viene regolarmente utilizzato al CERN presso regolarmente utilizzato al CERN presso tutti i siti della certificazione finale delle tutti i siti della certificazione finale delle camere MDT del barrel di ATLAS, camere MDT del barrel di ATLAS, opportunamente adattato ai diversi opportunamente adattato ai diversi ambienti hardwareambienti hardware

Con tale software è stato possibile Con tale software è stato possibile effettuare studi sulla dipendenza del noise effettuare studi sulla dipendenza del noise dalla soglia e dall’isteresi dei dalla soglia e dall’isteresi dei discriminatori.discriminatori.