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Candidato Federico Felici

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Presentazione sul tema: "Candidato Federico Felici"— Transcript della presentazione:

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

2 SOMMARIO Introduzione L’apparato 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. Limiti sperimentali sulla sua massa (ottenuti al LEP): MHiggs>114 GeV/c² Energia nel c.m. raggiunte finora non sufficiente per la scoperta La sez.d’urto di produzione dell’Higgs () è dell’ordine del pb; ricordando che la frequenza degli eventi: N = L •  Necessità di una nuova macchina con alta energia e alta luminosità (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 = 1.7•1034 cm-2 s-1 1011 protoni per pacchetto pacchetti distanziati di 25 ns => freq. d’incrocio di 40MHz

5 ATLAS (A Toroidal Lhc ApparatuS )
¤ Esperimento utile per verificare sperimentalmente l’esistenza dell’ “Higgs” ( H ) ¤ “H” è osservabile per via dei suoi prodotti di decadimento: 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:
¤ Necessità di elevata precisione nella ricostruzione delle tracce e nella misura dell’ impulso dei μ 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

8 Le camere di precisione: (misura nella direzione della curvatura)
Risoluzione spaziale di singolo filo ~80m 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

9 Le camere di trigger: Risoluzione temporale ~ 1 ns
Risoluzione spaziale Φ~ 1 cm 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”.

10 Le camere MDT ¤ composte da tubi a deriva:
- tubi di Al : 3 cm  e lunghezze da cm - fili-anodici di: 50 µm  - contenenti miscela di gas Ar:CO2 = 93:7 a pressione 3bar alla temperatura 298 K per d.d.p. di 3080 V (guadagno: 2104 ) massimo tempo di deriva ~ 700 ns - disposti in 2 multistrati (ML) da 3 strati ciascuno (4 per le stazioni interne) ¤ in ATLAS utilizzati: ~3.5•105 tubi (~1200 camere) ML1 ML2 RO side HV side

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

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 Elettronica delle camere MDT
Modulo CSM (Chamber Service Module) ¤ 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. ¤ Tutta l’elettronica è sincronizzata dal clock di LHC (40MHz).

15 Test in “SX1” “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. ¤ Tutte le camere MDT sono state testate: - nel sito di produzione, - all’arrivo al CERN, - prima di essere installate ad ATLAS

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

17 SECONDA FASE DI VERIFICA AD “SX1”:
Test del rumore: necessario a verificare la funzionalità dell’elettronica e permettere la corretta lettura degli eventi considerati buoni; 2. Pulse test “T0 relativo”: calibrazione del TDC; 3. Pulse test “delay”: linearità del TDC.

18 Test del rumore: ¤ Il rumore (noise) è definito per ciascun filo come: noise(Hz) = nHits/timeWindow(s) timeWindow = nTrigger • (1.2 • 10-6) s ¤ Per lo studio del rumore si effettua l’acquisizione 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 Pulse test: ¤ 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. ¤ Schema della distribuzione degli impulsi di test, verso tutti i canali, tramite prese HV della camera. Mezzanine (FEE) Pulse HV side RO side ML1 3 1 5 7 9 11 2 4 6 8 10 ML2 HV

20 T0 relative - TDC calibration:
¤ In generale il rivelatore MDT registra dei valori di tempo che chiamiamo tempo misurato (Tm): Tm = Td(r) + T0 + Tp Td(r): tempo di deriva da cui si ricava r (conoscendo la relazione r-t) T0: offset (differente per ogni canale) corrispondente a un cammino di deriva nullo Tp: 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”: T0 relativo = Tp + T0

21 Distribuzione del “To relativo”
Esempio: camera BOL1A13 Plot dei valori “T0 relativo”: per ogni canale Plot dei valori “T0 relativo”: in media per ogni 8 canali (ASD-chip).

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

23 Linearità del TDC: Esempio: BOL2A13 slope T0(ns) Tdelay(ns) Ch. Mezz.
Plot dei valori della “slope” = T0 / Tdelay ottenuti dal fit lineare dei dati acquisiti (per ogni canale). Esempio: BOL2A13 slope T0(ns) Tdelay(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: Ch. Mezz. Ch. slope Mezz.

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 l’analisi dei dati nei differenti tipi di test effettuati; ho scritto un manuale per gli utenti dei test in SX1; infine ho assistito all’installazione delle prime MDT, nella caverna di ATLAS.

25 GRAZIE TUTTI


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