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Verifica delle funzionalità delle camere MDT al CERN prima dellinstallazione Candidato Federico Felici Relatrice Prof.ssa Fernanda Pastore Anno Accademico.

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Presentazione sul tema: "Verifica delle funzionalità delle camere MDT al CERN prima dellinstallazione Candidato Federico Felici Relatrice Prof.ssa Fernanda Pastore Anno Accademico."— Transcript della presentazione:

1 Verifica delle funzionalità delle camere MDT al CERN prima dellinstallazione Candidato Federico Felici Relatrice Prof.ssa Fernanda Pastore Anno Accademico 2005/2006 Tesi di laurea in fisica Primo livello

2 SOMMARIO Introduzione Lapparato di rivelazione Atlas ad LHC Le camere MDT dello spettrometro a muoni Test di commissioning delle camere, nel laboratorio sito in SX1 al Cern: –Verifiche preliminari –Rumore –Calibrazione del TDC –Linearità del TDC Conclusioni

3 Introduzione: bosone di Higgs ¤ Nel Modello Standard delle interazioni elettrodeboli, il meccanismo di generazione delle masse introduce la presenza del bosone di HIGGS. La sua scoperta è fondamentale per verificare la consistenza della teoria. Necessità di una nuova macchina con alta energia e alta luminosità (L) Limiti sperimentali sulla sua massa (ottenuti al LEP): M Higgs >114 GeV/c² Energia nel c.m. raggiunte finora non sufficiente per la scoperta La sez.durto di produzione dellHiggs ( ) è dellordine del pb; ricordando che la frequenza degli eventi: N = L

4 LHC (Large Hadron Collider) al Cern Collisore protone-protone (in prima fase) ~ Circonferenza di ~27 km Energia nel c.m. di 14 TeV (7+7) Luminosità: L = cm -2 s protoni per pacchetto pacchetti distanziati di 25 ns => freq. dincrocio di 40MHz

5 ¤ Esperimento utile per verificare sperimentalmente lesistenza dell Higgs ( H ) ¤ H è osservabile per via dei suoi prodotti di decadimento: ATLAS (A Toroidal Lhc ApparatuS ) H ZZ 4μ (Golden Channel)

6 ATLAS (A Toroidal Lhc ApparatuS ) ¤ è uno dei 4 principali esperimenti ad LHC

7 Lo spettrometro per µ di ATLAS: Equipaggiato con camere di precisione e di trigger Tre regioni, di pseudorapidità: [ = -ln(tan( /2)) ] –| | < 1 barrel –1.0 < | | < 1.4 regione di transizione –1.4 < | | < 2.7 endcap magneti toroidali in aria ¤ Necessità di elevata precisione nella ricostruzione delle tracce e nella misura dell impulso dei μ

8 Le camere di precisione: (misura nella direzione della curvatura) MDT (Monitored Drift Chambers): regione degli end-cap e del barrel tubi a deriva CSC (Cathode Strip Chambers) regione degli end-cap MWPC (Multi Wire Proportional Chamber) piccolo tempo di deriva ~ 30 ns risoluzione temporale ~ 7 ns Risoluzione spaziale di singolo filo ~80 m

9 Le camere di trigger: RPC (Restistive Plate Chambers): regione del barrel installate sui lati delle camere MDT TGC (Thin Gap Chambers) : regione degli end-caps 3 stazioni vicino alle camere MDT middle. Risoluzione temporale ~ 1 ns Risoluzione spaziale Φ ~ 1 cm

10 ¤ composte da tubi a deriva: - tubi di Al : 3 cm e lunghezze da cm - fili-anodici di: 50 µm - contenenti miscela di gas Ar:CO 2 = 93:7 a pressione 3bar alla temperatura 298 K -per d.d.p. di 3080 V (guadagno: ) -massimo tempo di deriva ~ 700 ns - disposti in 2 multistrati (ML) da 3 strati ciascuno (4 per le stazioni interne) Le camere MDT ML1 ML2 RO side HV side ¤ in ATLAS utilizzati: ~ tubi (~1200 camere)

11 Monitored Drift Tubes ¤ Per ricostruire una traccia spaziale, si combinano informazioni di tre camere; - La posizione relativa delle camere va conosciuta con risoluzione migliore di quella richiesta per la misura della traccia; ¤ Le camere MDT sono Monitorate da un sistema di allineamento ottico chiamato RASNIK technology;

12 Elettronica delle camere MDT Lato HV (High-Voltage): - 2plug-in alte tensioni (3080V), - distribuzione sui vari canali, - suddivisi in ML1 e ML2. Lato RO (Read-Out): - camere dotate di elettronica di lettura FEE (Front-End Electronics), - raggruppata in mezzanini, - 1 scheda CSM (Chamber Service Module).

13 Elettronica delle camere MDT ¤ Ogni mezzanino: raggruppa 24 canali(tubi a deriva), comprende: - 3 ASD-chips (Amplifier-Shaper-Discriminator), - 1 TDC-chip (Time to Digital Converter), - 1 ADC-chip (Analog to Digital Converter).

14 ¤ Tutta lelettronica è sincronizzata dal clock di LHC (40MHz). ¤ I dati: digitalizzati dal TDC (e ADC), escono dal mezzanino entrano nel modulo CSM, vengono compressi, riformattati e trasmessi via cavo a fibra ottica (1.2 GByte/s), raggiungono il DAQ di ATLAS. Elettronica delle camere MDT Modulo CSM (Chamber Service Module)

15 Test in SX1 ¤ Tutte le camere MDT sono state testate: - nel sito di produzione, - allarrivo al CERN, - prima di essere installate ad ATLAS SX1 [CERN bld.3185]: verifica delle funzionalità (causa danni nel trasporto), certificazione di pronta installazione, discesa nel pozzo, verso la caverna di ATLAS (posta sotto SX1), installazione.

16 1.controllo qualitativo (visivo) dellintegrità esterna dei tubi; 2.test del DCS (Detector Control System); 3.analisi con il protocollo Jtag (Joint Test Action Group); 4.verifica del funzionamento del sistema RASNIK per il controllo delleventuale deformazione delle camere (In-plain); 5.controllo presenza di fili spezzati (canali morti). PRIMA FASE DI VERIFICA AD SX1: Esempio filo spezzato: camera BOL3A13 Dead_Channel (mezz.7,ch.19)

17 1.Test del rumore: necessario a verificare la funzionalità dellelettronica e permettere la corretta lettura degli eventi considerati buoni; 2.Pulse test T 0 relativo: calibrazione del TDC; 3.Pulse test delay: linearità del TDC. SECONDA FASE DI VERIFICA AD SX1:

18 Test del rumore: ¤ Il rumore (noise) è definito per ciascun filo come: noise(Hz) = nHits/timeWindow(s) timeWindow = nTrigger ( ) s ¤ Per lo studio del rumore si effettua lacquisizione degli eventi (letti dal rivelatore) usando un random trigger (non correlati con il passaggio di una particella). ¤random trigger prodotto da un generatore di impulsi. Esempio di rumore: camera BOL3A13. Il plot mostra canali rumorosi: (9,1), (9,3), (10,17), (10,18), (10,19).

19 Mezzanine (FEE) Pulse HV side RO side ¤ Simulazione del passaggio di un muone tramite impulsi elettrici prodotti da un Dual Timer Unit e mandati sui canali della camera per via delle prese HV. Pulse test: ¤ Schema della distribuzione degli impulsi di test, verso tutti i canali, tramite prese HV della camera. ML ML2 HV

20 T 0 relative - TDC calibration: ¤ In generale il rivelatore MDT registra dei valori di tempo che chiamiamo tempo misurato ( T m ): T m = T d (r) + T 0 + T p T d (r): tempo di deriva da cui si ricava r (conoscendo la relazione r-t) T 0: offset (differente per ogni canale) corrispondente a un cammino di deriva nullo T p: tempo di propagazione del segnale lungo il filo-anodo, dipende dal punto lungo la direzione dal filo in cui è passata la particella. ¤ Nel caso del pulse test: T 0 relativo = T p + T 0

21 Distribuzione del To relativo Esempio: camera BOL1A13 Plot dei valori T 0 relativo: per ogni canale Plot dei valori T 0 relativo: in media per ogni 8 canali (ASD-chip).

22 Linaerità del TDC: ¤ Si può verificare la linearità del TDC ritardando limpulso rispetto al random trigger fissato, tramite (2) Delay Units [(2.5-66)ns] programmabili (in serie). ¤ Valori di ritardo forniti (T delay ): (72, 74, 90, 122, 138, 170, 194) ns, oltre il cavo di riferimento (fisso) usato come zero. Time(ns) N eventi

23 Esempio: BOL2A13 Linearità del TDC: Plot dei valori della slope = T 0 / T delay ottenuti dal fit lineare dei dati acquisiti (per ogni canale). Ch. Mezz. slope Ch. Mezz. slope T 0 (ns) T delay (ns) Esempio del fit lineare sui dati di un solo canale: Esempio del fit gaussiano sui valori di slope di tutti i canali della camera:

24 Conclusioni I test svolti durante il mio periodo di stage al Cern [2005] (prototipi per test futuri) hanno riguardato solo 9 delle ~1200 camere MDT: ( [BML*A13, BML*C13, BOL*A13] con * = [1,2,3] ); ho potuto apprendere le tecniche usate per la verifica delle funzionalità di questi rivelatori; ho partecipato ai test descritti; ho scritto i programmi KUMAC (macro) eseguiti con PAW, per lanalisi dei dati nei differenti tipi di test effettuati; ho scritto un manuale per gli utenti dei test in SX1; infine ho assistito allinstallazione delle prime MDT, nella caverna di ATLAS.

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