La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Università degli Studi di Roma Tre Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali Dipartimento di Fisica E. Amaldi Tesi di Laurea in Fisica I rivelatori.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Università degli Studi di Roma Tre Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali Dipartimento di Fisica E. Amaldi Tesi di Laurea in Fisica I rivelatori."— Transcript della presentazione:

1 Università degli Studi di Roma Tre Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali Dipartimento di Fisica E. Amaldi Tesi di Laurea in Fisica I rivelatori Monitored Drift Tubes dellesperimento ATLAS: assemblaggio e misure con raggi cosmici. AnnaRita Pecora

2 Sommario Programma di fisica del Large Hadron Collider Lesperimento ATLAS Funzionamento dei Monitored Drift Tubes Assemblaggio e test delle camere Analisi dati ottenuti in laboratorio

3 Il Modello Standard funziona ma ci sono domande in sospeso: origine delle masse ricerca bosone di Higgs. asimmetria materia-antimateria studio produzione coppie bb e tt LA FISICA DI LHC Di conseguenza sono necessarie: Elevata Luminosità ( cm -2 s -1 ) Massima Energia Possibile (E CM = 14 TeV) Sappiamo: prod (Higgs) 10 pb 110 Gev < M Higgs < 1 TeV g g t t t H

4 ATLAS CMS LHCb ALICE Collisore pp con energia del centro di massa di 14 TeV L =10 34 cm -2 s -1 IL LARGE HADRON COLLIDER

5 Rivelatore Interno Calorimetro Elettromagnetico Calorimetro Adronico Spettrometro Muonico Toroide End Cap Toroide Barrel IL RIVELATORE ATLAS Solenoide Centrale p p

6 SPETTROMETRO PER MUONI Minimizzazione diffusione coulombiana toroidi superconduttori in aria. Tracciatori di precisione: Monitored Drift Tubes & Cathode Strip Chambers. Trigger dedicato e misura III coordinata: Thin Gap Chambers & Resistive Plate Chambers. Esigenza: misurare con precisione limpulso dei muoni tra 6 Gev e 1TeV. Il gruppo Atlas Roma Tre si occupa dellassembaggio, in particolare dellequipaggiamento, e del test delle MDT.

7 FUNZIONAMENTO MDT Se una particella ionizzante li attraversa si generano coppie ione-e -. Consentono una buona risoluzione (80 m). Tempo di deriva: tempo tra lentrata della particella nel rivelatore e larrivo degli e - sul filo. Punto di lavoro : Miscela: 93 % Argon + 7 % CO 2 Pressione: 3 bar Guadagno: 2x10 4 ( HV=3080 V ) prodotti ~ 100 e p /cm ad 1 bar Tubo di alluminio diametro 3 cm spessore 400 m start stop Filo tungsteno 50 m tdctdc Tempo di deriva degli elettroni Conteggi TDC (0.78 ns) Entrate

8 SISTEMA DISTRIBUZIONE GAS Densità, temperatura, e purezza del gas influenzano la velocità di deriva. E dunque necessario garantire stabilità delle condizioni operative nel tempo. Pressione di lavoro: 3 bar ( ± 1 mbar ) Stabilità della miscela: 0.25 % per componente Impurezze: < 100 ppm Limite massimo fughe di gas: 2·10 -8 bar ·l/s·tubo (a 3 bar assoluti) Il gas viene distribuito alla camera da sistemi detti gas-bar attraverso capillari connessi con le due estremità (ingresso e uscita) di ogni tubo.

9 SISTEMA PARALLELO SISTEMA SERIALE Questo sistema utilizza jumper di connessione in modo tale che due capillari forniscano il gas a tre tubi. E STATO SCELTO IL SISTEMA SERIALE !

10 TEST DEL SISTEMA DI DISTRIBUZIONE DEL GAS MANOMETRO DIFFERENZIALE Una volta assemblate, le gas-bar vengono sottoposte ad un test preliminare con uno spettrometro ad Elio. Superato questo test, vengono sottoposte al test in pressione nel quale viene misurata la differenza tra la pressione di un volume di riferimento e quello della gas-bar o della camera da testare. Massima caduta pressione consentita: 1 mbar/giorno per le camere 3 mbar/ora per le gas-bar bar·l/s per connessione

11 RISULTATI DEI TEST DI PRESSIONE Il segnale del manometro viene inviato ad una scheda di acquisizione e letto da un programma LabView la cui uscita viene registrata su file ed analizzata con PAW. Perdita stimata = 0.1 mbar/giorno

12 EQUIPAGGIAMENTO DELLE CAMERE Effettuato il test di pressione, sulle camere vengono montate: Schede di alta tensione (H.V.) Schede di lettura (R.O.) Assemblata lelettronica la camera è: Flussata per togliere laria; Portata a 3 bar; Portata a 3400 V (10% in più della tensione di lavoro) per controllare correnti e rumore. Limite in corrente: 6 nA per tubo 2 A per camera Limite rumore: 1 KHz per tubo

13 ACQUISIZIONE IN LABORATORIO TRIGGER: 3 piani di RPC ( Resistive Plate Chamber) con risoluzione temporale di 1ns ciascuno letto da 6 circuiti indipendenti 2 MODUS OPERANDI: AND dei 3 piani OR di sei coincidenze triple (castelletti) Z Y X E il primo sito di test che consente di misurare tre camere contemporaneamente con illuminazione uniforme. La segmentazione del trigger consente di misurare la coordinata X con risoluzione di 3 cm

14 DAL SEGNALE ALLO SPETTRO ASD Il segnale dallanodo è: letto e processato da circuiti di front- end (mezzanini) che contiene il chip ASD (Amplifer-Shaper-Discriminetor) ed un TDC. Conteggi TDC (0.78 ns) Entrate inviato al CSM0 (Chamber Service Module con soglia e modus operandi programmabili), che distribuisce clock e trigger, e da qui alla CPU. con i tempi così misurati viene costruito lo spettro di deriva.

15 ANALISI DATI Per lanalisi dei dati è stato implementato CALIB un programma modulare in C++ Controllo uniformità di risposta tra tubi di una stessa camera e tra camere diverse. I fase: riempimento e fit spettri Conteggi TDC (0.78 ns) t P5 P6 t (ns) N TUBO

16 II fase: Ricostruzione tracce Track fit: scelta della migliore tra le 4 tangenti ai due cerchi esterni Minimizzazione del 2 : utilizzando i cerchi di deriva dei 4 tubi interessati si ricostruisce la traccia Pattern Recognition: selezione dei tubi interessati dallevento Conversione tempi di deriva in distanze: Relazione spazio-tenpo di deriva (RT) di innesco

17 Traccia ricostruit a Circonferenz a di deriva residu o Ricostruzione delle tracce con relazione rt di innesco Minimizzazione dei residui Nuova relazione rt N iterazioni RELAZIONE SPAZIO-TEMPO 2 /ndf entrat e III fase: Autocalibrazione Raggio (mm) Residui (mm) - 5 m + 5 m X iterazione I iterazione

18 III fase: Risoluzione Ogni traccia interessa N tubi,quindi, si ricostruisce la traccia con N-1 tubi e per ln- esimo si calcola il residuo e considerando tutte le tracce e tutti i tubi se ne ottiene la distribuzione in funzione del raggio la cui larghezza è pari a: 2 (r) = (risoluzione) 2 + (errore estrapolazione) 2 Risoluzione = risoluzione intrinseca + multiplo scattering Anche in questo caso si tratta di una procedura iterativa in cui si parte da una risoluzione di innesco e si itera finché la risoluzione in uscita è stabile. Risoluzione (mm) entrate RM-01 ML 1 Raggio (mm)

19 In laboratorio la risoluzione è limitata dalla diffusione coulombiana (0.016 rad per p=500 MeV in un multilayer). Se mettiamo dei tagli in 2 /ndf a 10, possiamo eliminare molte delle tracce poco energetiche ottenendo una risoluzione migliore ( m). Raggio (mm) Risoluzione (mm) Raggio (mm) Risoluzione (mm) 3000 entrate RM-01 ML 1

20 Z Y X IV fase: Allineamento Attraverso misure tomografiche si è capito che non tutti i multilayer delle camere sono ben allineati. Se questi disallineamenti sono noti è possibile correggerli col programma di analisi ma non è possibile tomografare tutte le camere! IDEA PER REALIZZARE MISURE DI ALLINEAMENTO a = a1 – a2 0 ML inclinati! b = b1 – b2 0 ML traslati! Il nostro trigger è diviso in 6 zone dette castelletti, analizzando i dati castelletto per castelletto possiamo misurare anche rotazioni relative tra multilayer nel piano ZX e torsioni rispetto al piano ZY Z Y X

21 Dati raggi cosmici b Misure Tomografo Dati raggi cosmici b Misure Tomografo b b

22 PERCHE? RM-01

23 Gradienti di temperatura? T = 1 K t = 3 ns r = 50 m a b c d T T1 – T20.6 T1 – T30.4 T1 – T40.4 T3 – T40 T Ta – Tb1.3 Td – Tc1.3 Ta – Td0.2 Tb – Tc0.3

24 Conclusioni Sviluppo di una procedura di assemblaggio e test Allestite e collaudate con buoni risultati 5 camere Verificata luniformità di risposta Verificata stabilità delle tecniche costruttive e del sistema di test Ricostruita la funzione di risoluzione camere Sviluppo di un metodo di misura dei disallineamenti relativi tra multilayer: b OK, a da capire.

25 FINE

26 H (da W H, Z H e H) per 80 GeV < m H <120 GeV H ed H per 90 < m H <150 GeV H ZZ* 4l per 130 GeV< m H < 2m Z H ZZ 4l, 2l 2 per m H > 2mZ H WW l 2jet per 2mW

27 Inner Detector Vicino al fascio rivelatori a semiconduttore (pixel) ad alta granularità. Nel barrel il tracciamento è effettuato da rivelatori a semiconduttore composti da silicio. Nella parte più esterna ci sono rivelatori a deriva (straw-tubes riempiti con Xenon intervallati da materiale radiativo). Calorimetri alta granularità e risoluzione temporale < 50 ns Elettromagnetico Strati di Pb (2.5 mm) intervallati con strati di Argon liquido (4 mm) in cui ci sono elettrodi che raccolgono gli e di ionizzazione e uno da cui si legge il segnale. Adronico Nel barrel è composto da strati di Fe e scintillatore plastico ortogonali ai fasci. Nellend-cap cè Argon liquido e assorbitori in rame per garantire maggiore resistenza allalto flusso di radiazione. Lalta granularità dei rivelatori è necessaria per minimizzare la sovrapposizione degli eventi Flusso spettrometro Neutroni e fotoni di bassa energia che danno segale in un unico elemento del rivelatore particelle cariche E>10 MeV che simulano il passaggio di una traccia (rumore correlato)

28 A sinistra il potere curvante del toroide e a destra una mappa del campo magnetico nella regione di transizione.

29 Risoluzione in funzione della distanza dal filo per miscela di Argon/CO 2 con e senza sorgente (1400 Hz/cm): misure (punti) e simulazioni (linee).

30 La carica Q depositata per unità di lunghezza del filo nel tempo Δt è Q = Φ d G e Δt dove Φ è il flusso di particelle, d il diametro del tubo, il numero medio di elettroni primari, G il guadagno del gas, Δt il periodo aspettato di presa dati dellesperimento. Considerando un flusso di 500 Hz/cm 2 per 10 anni questo ci dice che, per mantenere la carica depositata al disotto di un Coulomb per centimetro, il guadagno deve essere inferiore a 4*10 4. Il valore scelto nel nostro caso è 2*10 4 che rappresenta un buon compromesso tra risoluzione e funzionamento nel tempo della camera. E = V / [ r log( R t / R f ) ] V/m

31 Tutto il sistema di lettura è sincronizzato con la frequenza di incrocio dei fasci di LHC pari a 40 MHz. Il TDC provvede alle misure temporali attraverso il suo clock interno a 40 MHz (corse-time) ed un interpolatore a 5 bit (fine-time,25 ns/32 = ns) e fornisce in uscita un conteggio di C T+f δT Dove C e f sono i conteggi di corse-time e fine-time moltiplicati per i rispettivi periodi T e δT.

32 Andamento della differenza t Max -t 0 per tipo di tubo nei due multilayer della camera RM Come si può notare, la distribuzione seriale a gruppi di tre tubi fa sì che le impurità aumentino tra il primo ed il terzo della serie e di conseguenza aumenta anche la lunghezza degli spettri, inoltre anche i due ML sono in serie e come si può vedere anche in questo caso la lunghezza degli spettri aumenta passando dal primo al secondo. BASSO FLUSSO (30 l/h)

33 Differenza tra la rt del primo castelletto e dellultimo.


Scaricare ppt "Università degli Studi di Roma Tre Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali Dipartimento di Fisica E. Amaldi Tesi di Laurea in Fisica I rivelatori."

Presentazioni simili


Annunci Google