Candidata Michela Marafini I rivelatori MDT per l’esperimento ATLAS al CERN: messa a punto della procedura di certificazione finale. Anno Accademico 2003/2004 Relatrice Alessandra Tonazzo Candidata Michela Marafini

Definire e redigere una procedura dettagliata delle fasi di: Obiettivi Definire e redigere una procedura dettagliata delle fasi di: CERTIFICAZIONE dei rivelatori MDT dello spettrometro a muoni per l’esperimento ATLAS al CERN. Sommario della presentazione il CERN e l’esperimento ATLAS i rivelatori MDT Procedura di certificazione

CERN Centro Europeo per la Ricerca Nucleare (1954) Realizzazione di LHC (Large Hadron Collider): acceleratore per la collisione di fasci di protoni ad un’energia di 7+7 TeV. Cercare l’evidenza sperimentale diretta dell’esistenza del bosone di Higgs la particella che permette a tutte le altre di acquisire una massa La sola prevista dal Modello Standard non ancora osservata direttamente.

L’esperimento ATLAS In uno dei punti di intersezione dei fasci di protoni è in costruzione: A Toroidal LHC ApparatuS . La sua funzione è quella di misurare l’impulso delle particelle prodotte nelle collisioni pp e di identificarle. Schematizzazione di LHC.

ATLAS 46 m Calorimetro elettromagnetico Spettrometro per µ Calorimetro in avanti Solenoide Toroide dell’endcap 22 m Toroide del barrel Rivelatore interno Schermatura radiazioni Calorimetro adronico 46 m

Spettrometro a muoni Si ricostruisce la TRACCIA dei muoni che attraversano lo spettrometro. Si calcola il RAGGIO di CURVATURA. Si ottiene il valore dell’impulso del muone: p[Gev/c] = 0.3 [m] q B[Tesla] con dp / p < 10% per 10 GeV/c < p < 1 TeV/c MDT mutilayer

MDT ( Monitored Drift Tube) Chamber Camere BIL (Barrel Inner Large): 2 MultiLayer x 4 Layer x 36 (o 30 o 24) MDT Lunghezza = 2.6m Tubo in Alluminio R=15mm Spessore 400mm Miscela di gas: Ar-CO2 93-7% Pressione assoluta 3 bar Guadagno 2x104 (HV=3080 V) Tempo di deriva massimo 700 ns start Relazione r-t per ricavare la distanza TDC ADC stop Tempo di deriva degli elettroni Ampiezza del segnale Risoluzione spaziale ~80mm

Sito di test avviato nel giugno 2004 Commissioning Ogni esperimento necessita di una fase di certificazione in cui testare tutta la strumentazione necessaria prima dell’installazione definitiva. Sito di test al CERN - Montaggio: - Test: Sistema del gas Cablaggio Roma Pavia Tenuta gas Allineamento Alta tensione Rumore elettronico Dati da raggi cosmici Sito di test avviato nel giugno 2004

Schema procedura Definita nel corso del mio stage al CERN Luglio-Agosto 2004 Sistema di distribuzione del gas Cablaggio Tenuta gas Allineamento Alta tensione Rumore elettronico Dati da raggi cosmici

Cablaggio Cavi e scatola di distribuzione dell’alta tensione RASMUX Consiste nel montaggio dei sistemi di controllo delle proprietà fisiche, della camera stessa e di lettura di segnale. Cablaggio RASMUX Sistema di digitalizzazione per i sensori di allineamento - Led e CCD - collegamento al PC RASMUX Sistema di digitalizzazione per i sensori di allineamento - Led e CCD - collegamento al PC Piattaforma dei servizi ELMB sensori di temperatura, campo magnetico, alimentazione e programmazione dell’elettronica MOTHERBOARD e CSM: raccolta e decodifica del segnale -1cavo di segnale per ogni 24 tubi - segnale di trigger Cavi e scatola di distribuzione dell’alta tensione

E’ necessario individuare eventuali perdite di gas ed eliminarle. Test di tenuta gas La relazione r-t dipende fortemente dalla pressione della miscela di gas, che quindi deve rimanere costante. - Test a lungo termine: Si misura la variazione di pressione nel corso dei giorni. - Test a breve termine: Si aggiunge una piccola quantità di Elio alla miscela Se ne rilevano eventuali fuoriuscite con un apposito strumento(“sniffer”: spettrometro di massa). La massima perdita accettabile è di 5 mb al giorno per un ML di una camera BIL. Foto del Sistema di distribuzione del gas, montato su una delle facce della camera. E’ necessario individuare eventuali perdite di gas ed eliminarle.

Allineamento La richiesta di alta risoluzione comporta la necessità di determinare con accuratezza la posizione delle camere nello spettrometro. Sulle camere è montato un sistema di placche metalliche, la cui posizione è prestabilita, in modo da poter ricostruire la posizione del rivelatore. - Projective: Allineamento di due camere una sopra l’altra. - Praxial: Allineamento di due camere una accanto all’altra. projective praxial Inplane: Per monitorare e correggere il funzionamento dei sensori ottici ed eventuali deformazioni della camera. Tolleranze - 20 μm per la posizione del filo - 40 μm per la posizione del ML - 30 μm per la posizione della BIL Led4 inplane4 Ccd2 Led3 inplane2 Led2 inplane3 Led1 Ccd1 inplane1

Misure di allineamento La massima performance dello spettrometro può essere raggiunta solo se le posizioni relative delle camere lungo la traccia dei muoni sono conosciute con una precisione migliore della risoluzione intrinseca della camera. E’dunque necessario conoscere con precisione la posizione delle piattaforme rispetto ai tubi. Per i test praxial e projective in fase di commissioning si misura la posizione precisa della piattaforma rispetto ai tubi con degli appositi strumenti Per il test di inplane si controlla il buon funzionamento dei sensori ottici montati alle due estremità della camera. Vengono registrate in un data base tutte le discordanze dei valori standard prestabiliti.

Alta tensione Ogni tubo viene collegato, tramite i cavi dell’alta tensione ad un generatore H.V. Il test consiste nel misurare la corrente di ciascun multilayer alla tensione: Valore nominale di 3080 V Valore nominale + 10% (3400V) Variazioni di composizione della miscela, di pressione e temperatura comportano una variazione anche della corrente. La corrente effettiva che attraversa la camera, riempita con la miscela AR-CO2 (93% - 7%)e alla pressione di 3 bar, non deve superare pochi µA.

Rumore elettronico Tutta la catena elettronica introduce un “noise” (rumore) non trascurabile nel processo di acquisizione dei dati 6 x 4 24 tubi 1 scheda (mezzanino) 1 cavo di segnale Si effettua un test che consiste in un’acquisizione di dati con trigger casuale. Si opera prima a tensione spenta e poi accesa, per isolare meglio le possibili sorgenti di rumore. E’ stato sviluppato un programma di acquisizione e un pannello grafico per effettuare il test. Si richiede che nessun canale abbia una frequenza di rumore > 40 KHz.

Dati da raggi cosmici Raggi cosmici μ Quando un evento viene rilevato in sequenza dallo scintillatore in alto e da uno scintillatore in basso si può considerare l’evento interessante. scintillatori BIL ELMB MOTHERBOARD scintillatori Rate di coincidenza medio 60Hz Fibra ottica per la trasmissione dei dati. Programmazione dell’elettronica Trigger da raggi cosmici Cavi per il segnale CSM

Dati da raggi cosmici Si analizzano la frequenza di conteggi e lo spettro di deriva in ogni tubo. E’ stato sviluppato un programma con un pannello grafico per l’acquisizione dati. Circa 700 ns Per accumulare sufficiente statistica in tutti i tubi è necessario acquisire almeno un milione di eventi.

Conclusioni Una volta conclusi tutti i test a cui deve essere sottoposta, se i risultati sono conformi allo standard di ATLAS, la camera viene CERTIFICATA e poi spostata in un deposito, dove rimane fino all’installazione nella caverna, prevista per il 2005. Si prevede che, seguendo le procedure descritte in questa tesi, nei prossimi mesi si sarà in grado di sottoporre al "Commissioning" circa tre camere ogni settimana. Controlli periodici In questa tesi sono state definite le procedure per la certificazione finale dei rivelatori MDT per l’esperimento ATLAS al CERN.

Conclusioni Il lavoro di definizione delle procedure di certificazione sviluppato, con tutti i dettagli sullo svolgimento di ogni test descritto, è a disposizione sul sito internet del Commissioning. http://atlas-mdt-283.web.cern.ch/atlas-mdt-283

Grazie a tutti !