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Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)1 LHC : rivelatori (2)

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Presentazione sul tema: "Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)1 LHC : rivelatori (2)"— Transcript della presentazione:

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2 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)1 LHC : rivelatori (2)

3 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)2 ATLAS : inner detector 2.5; silicon pixel : 3 punti / traccia; r=4cm; = 10 m (r ); = 50 m ( ); silicon strip (SCT): ~4 punti / traccia; = 16 m (r ); = 580 m (z); transition radiation (TRT) : ~36 punti/ traccia; part.id. (e ± ).

4 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)3 ATLAS : inner detector risultati in funzione dellangolo di produzione polare della particella, per un momento trasverso p T = 500 GeV. NB - se lerrore di misura predomina (v.oltre) p T / p T p T.. [anche misura del parametro di impatto per vertici secondari (c,b, )]

5 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)4 prestazioni della calorimetria risoluzione in energia : migliora linearmente il rapporto s/b per segnali stretti; range dinamico degli ADC : segnali da ~100 MeV (mip) a ~1 TeV (H ); linearità (e/jet); risoluzione in posizione : necessaria (e.g.) per H ; forma dello sciame : discriminazione (e.g.) e/ ; robustezza rispetto ad errori sistematici; velocità di risposta/digitizzazione (uninterazione / 25 ns !!!); resistenza alla radiazione (subito prima del calo, in ATLAS 2 KGy/anno (1) ); (…) _____________________________________ (1)1 Gy = gray = 1 joule / Kg = 6.24 × MeV / Kg = 100 rad; misura la radiazione assorbita; 1 Sv = sievert = 1 Gy × w; w = peso, = 1 (ex. raggi X, ) 20 (n lenti); misura la pericolosità biologica della radiazione; dose consentita dalla legge europea = 15 mSv / anno; dose letale Gy.

6 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)5 errori dei calorimetri parametrizzazione comune : E / E = a / E b c / E : a : termine stocastico statistica dei fotoni (migliore nei calo omogenei, ex. CMS); b : termine costante errori di calibrazione, non omogeneità, temperatura, invecchiamento, … c : termine di rumore fluttuazione dei piedistalli, interazioni sovrapposte, rumore elettronico; [la realtà è più complicata, ex. non contenimento laterale/frontale circa E -¼ ]; E /E a E b 1 GeV [non in scala] ATLAS e.m (t-beam) : a 9.85 % GeV ½ ; b 0.42 %; c trascurabile; CMS meglio.

7 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)6 ATLAS : calorimetria calo e.m. : Pb/ liquid-argon; calo had. : sandwich scintillatore/ferro.

8 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)7 ATLAS : calorimetria e.m. accordion (fisarmonica) : no buchi; 3 letture longitudinali (e/ ); presampler ; buona risoluzione (CMS meglio, vedi H ); resistente alla radiazione.

9 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)8 ATLAS : calorimetria adronica

10 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)9 ATLAS : magneti B = 2 T Solenoide B 3 T · m Toroide

11 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)10 p / p semplice esercizio : errore di misura su p da misure di deflessione magnetica : [ meglio : R.L. Gluckstern, NIM 24, 381 (1963)] : lunghezza di traccia misurata; r= p T / (0.3 z B) [GeV, T, m]; : errore di misura; (r-s) 2 r 2 - 2rs = r 2 - ( / 2) 2 ; s 2 / (8r) B 2 / p; p/p = s/s p s /(B 2 ); s p / p p / (B 2 ); nel caso in 3D, p p T, T : p T / p T p T / (B T 2 ). s /2 r r-s scattering multiplo : ( s) apparente 1/p; p/p = s/s non dipende da p

12 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)11 ATLAS : ± - 1

13 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)12 ATLAS : ± - 2 centrale : rivelatori di trigger : RPC; misura : MDT; F/B : trigger : TGC; misura : CSC;

14 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)13 ATLAS : ± nel barrel (centrale) un ± attraversa 3 camere + 3 RPC; in media, B d = 3 Tm; 3 livelli (cilindri) di camere : interne :4+4 strati di tubi; medie :3+3 strati, 2 RPC; esterne :3+3 strati, 1 RPC; camere di trigger (RPC) : (vedi sopra).

15 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)14 ATLAS : ± nel barrel (centrale) un ± attraversa 3 camere + 3 RPC; in media, B d = 3 T · m; 3 livelli (cilindri) di camere : interne :4+4 strati di tubi; medie :3+3 strati, 2 RPC; esterne :3+3 strati, 1 RPC; camere di trigger (RPC) : (vedi sopra). BOL BOS BML BIL BMS BIS

16 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)15 ATLAS : camere MDT per ± MDT : Monitored Drift Tube ; schema di una camera; principio di funzionamento.

17 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)16 ATLAS : camere per ± Calypso, costruita a Roma-Pavia; prototipo camera MDT per ± ; in presa dati al CERN per due anni ad un test beam.

18 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)17 ATLAS : risoluzione camere per ± MDT : risoluzione della misura ( m) in funzione della distanza traccia-filo; dati di test-beam con prototipo costruito a Roma-Pavia (Calypso); miscela Ar-CO 2 (93-7); confronto con calcolo teorico [Garfield], che include : fluttuazioni di ionizzazione primaria (cluster position/size); fluttuazioni nel cammino di drift (diffusione); fluttuazioni nella valanga; fluttuazioni nella risposta elettronica.

19 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)18 ATLAS : p T /p T per ± la risoluzione in impulso ( p T /p T ) dipende da molti effetti, mostrati separatamente : errore di misura ( p T ); errore sulla posizione della camera ( p T ); scattering multiplo ( costante); fluttuazioni in E µ (calo) (complicato, aumentano con p, ma se alte sono misurabili evento×evento). [ad alto, transizione centrale/FB, p T peggiore] p T / p T

20 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)19 ATLAS : trigger ± p T trigger : in un campo magnetico, piccola curvatura alto impulso; ricerca di segnali allineati ( strade ); risoluzione temporale 2 ns ( bunch crossing).

21 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)20 il trigger il trigger di un esperimento ad un collider adronico usualmente è un OR logico di varie condizioni (ex. leptoni di alto p T, cluster localizzati di energia adronica, presenza di E T M, evidenza di vertici secondari, …), corrispondenti ai vari tipi di fisica allo studio; ciascuna condizione, a sua volta, può risultare da un AND logico (ex. per selezionare il decadimento W e si può richiedere la presenza contemporanea di leptoni e di E T M ) oppure da una combinazione di OR e AND, e così via; lo stesso tipo di condizione può essere imposto in modo diverso (ex. la presenza di leptoni con un certo tipo di p T [ex. >10 GeV] richiede anche E T M, mentre se il p T è più elevato [ex. >30 GeV] non cè richiesta di E T M ); il trigger è articolato su più livelli (3 livelli in ATLAS) : ai livelli superiori, che introducono un qualche tempo morto (dead time) arrivano solo gli eventi che hanno superato il livello inferiore; se il tempo morto è eccessivo, il trigger può essere parallelizzato di un fattore n : ciascun evento va ad un differente processore, in modo da realizzare una riduzione effettiva del tempo di processamento di n volte; [ … continua …]

22 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)21 trigger - eventi minimum bias se per una qualche categoria di eventi la statistica è eccessiva rispetto alla presa dati, si può operare in due modi : a)alzare la soglia di trigger; b)prescalare il trigger di un fattore n, i.e. accettare solamente 1/n eventi (n è noto, lanalisi può ricostruire la frequenza reale); usualmente, uno dei trigger (prescalato di fattori elevati) prende eventi senza caratteristiche predefinite (trigger minimum bias); lo scopo dei m.b. è soprattutto di carattere tecnico : calibrazioni, efficienze, monitor, …; gli eventi m.b. possono essere anche usati a)studi di fisica di basso p T ; b)studi del fondo da sottrarre agli eventi ad alto p T ; conclusione : il trigger è una mescolanza complessa di tecnologia, fisica, politica scientifica; richiede un attento studio preliminare di fattibilità, eseguito con una simulazione montecarlo della fisica e del rivelatore; le decisioni prese sono gravi, non possono essere cambiate a posteriori, qualora si rivelino sbagliate.

23 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)22 ATLAS : trigger + daq tre livelli, con selezione in cascata; trigger richiedono condizioni di fisica (ex. /e alto p T, jets); concetto di parallelismo ; non dimenticare il calcolo offline (simul. montecarlo, calibrazione, ricostruzione) GRID.

24 Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)23 Fine - rivelatori LHC


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