Sviluppo di uninterfaccia grafica per la certificazione delle camere MDT al CERN Andrea Palaia Tesi di laurea di primo livello in Fisica

SOMMARIO Introduzione Introduzione LHC e gli esperimenti LHC e gli esperimenti Esperimento ATLAS (spettrometro per muoni) Esperimento ATLAS (spettrometro per muoni) Certificazione finale delle camere MDT Certificazione finale delle camere MDT Analisi del rumore termico dellelettronica delle camere MDT: Analisi del rumore termico dellelettronica delle camere MDT: Software di test Software di test Risultati sperimentali Risultati sperimentali Conclusioni Conclusioni

Introduzione Nel Modello Standard il bosone di Higgs è alla base del meccanismo con cui le particelle acquistano massa: la sua osservazione è fondamentale per verificare la consistenza della teoria Nel Modello Standard il bosone di Higgs è alla base del meccanismo con cui le particelle acquistano massa: la sua osservazione è fondamentale per verificare la consistenza della teoria Debole previsione teorica della sua massa (< 1 TeV) Debole previsione teorica della sua massa (< 1 TeV) Limiti sperimentali da osservazioni a LEP (> 114 GeV) Per poter produrre tali masse è necessario disporre di un collisore con elevata energia nel c.m.s. Per poter produrre tali masse è necessario disporre di un collisore con elevata energia nel c.m.s. Bassa sezione durto ( pb)alta luminosità L Bassa sezione durto ( pb)alta luminosità L

Large Hadron Collider Collisioni p-p – 14 TeV nel cms Collisioni p-p – 14 TeV nel cms (poi anche tra ioni Pb 82+ ) Luminosità Luminosità ~10 34 cm -2 s particelle per bunch che collidono ogni 25 ns particelle per bunch che collidono ogni 25 ns Circonferenza ~27 km Circonferenza ~27 km 1200 dipoli con campo ~8.4 Tesla 1200 dipoli con campo ~8.4 Tesla L = pνN 1 N 2 4πσ x σ yCARATTERISTICHE:

Esperimenti a LHC plasma quark-gluoni violazione simmetria CP bosone di Higgs

Lesperimento ATLAS Orientato alla ricerca del bosone di Higgs tramite losservazione dei suoi prodotti di decadimento H ZZ 4μ (Golden Channel)

ATLAS – rivelatore interno Risoluzione misura impulso: Risoluzione misura impulso: nel caso in cui p 500 GeV p 30% Elevata densità di tracce Elevata granularità del rivelatore Campo solenoidale di 2 Tesla Campo solenoidale di 2 Tesla

ATLAS - calorimetri Misura dellenergia e della direzione delle particelle e dei jet segmentazione segmentazione calorimetro elettromagnetico calorimetro elettromagnetico calorimetro adronico calorimetro adronico ΔEEΔEE 10% E = 1% ΔEEΔEE 50% E = 3%

ATLAS – spettrometro per μ 3 stazioni di misura organizzate in torri proiettive 3 stazioni di misura organizzate in torri proiettive Campo magnetico toroidale in aria (minimizza scttering multiplo) Campo magnetico toroidale in aria (minimizza scttering multiplo) Rivelatori di trigger appositi Rivelatori di trigger appositi Necessità di elevata precisione nella ricostruzione delle tracce e nella misura dellimpulso dei μ

Rivelatori di traccia: camere MDT Forniscono misure di precisione delle tracce nel piano di curvatura Basano il loro funzionamento su tubi a deriva che operano in regime proporzionale Tubi riempiti con miscela di gas Ar (93%) CO 2 (7%) tenuta alla pressione di 3 bar assoluti Tubi riempiti con miscela di gas Ar (93%) CO 2 (7%) tenuta alla pressione di 3 bar assoluti Tubi assemblati in layer e multilayer Tubi assemblati in layer e multilayer Risoluzione spaziale 80 µm Risoluzione spaziale 80 µm

Camere MDT: read-out HV 3080 V ASD - soglia - isteresi TDC DAQ

Certificazione delle camere MDT Allineamento Allineamento Controllo dei sensori di temperatura e campo magnetico Controllo dei sensori di temperatura e campo magnetico Controllo di tenuta sistema del gas Controllo di tenuta sistema del gas Controllo del sistema distribuzione dellalta tensione Controllo del sistema distribuzione dellalta tensione Analisi del rumore termico (test di noise) Analisi del rumore termico (test di noise) Acquisizione dati da raggi cosmici Acquisizione dati da raggi cosmici Tutti i rivelatori, già sottoposti a diversi controlli nei siti di produzione, vengono ricontrollati al CERN (eventuale danneggiamento durante il trasporto)

Test di noise (1) Anche lagitazione termica degli elettroni nei conduttori provoca la formazione di segnali Se i segnali superano la tensione di soglia vengono interpretati dallelettronica di lettura come eventi Il test consiste nel contare per ogni tubo il numero di eventi non dovuti al passaggio di particelle

Test di noise (2) Ci sono sempre particelle cosmiche che generano segnali non di rumore Si usa un trigger software random in modo che prevalgano segnali di rumore SEGNALE DI TRIGGER FINESTRA TEMPORALE di 1.6 μs Se il tubo n-esimo ha generato un segnale sopra-soglia levento viene registrato

Software di test (1) Inizializzazione via JTAG Start DAQ su crate VME Analisi con ROOT Scrittura di un file di log Upload dei risultati su DB linguaggio Object Oriented (Java) linguaggio Object Oriented (Java) parametri da file esterno parametri da file esterno

Software di test (2) Inizializzazione via JTAG Start DAQ su crate VME Analisi con ROOT Scrittura di un file di log Upload dei risultati su DB tramite due diversi programmi eseguiti sulla CPU del crate VME macro in C++ creazione di una struttura logica Tree e di istogrammi + salvataggio in un file riepilogo dei parametri di esecuzione del test codici dei mezzanini montati sulla camera noise per ogni tubo

Analisi dei dati con ROOT ROOT: tool di analisi basato sul linguaggio C++ (interprete a riga di comando) fortemente orientato allanalisi di eventi fisici Framework ufficiale del software on-line e off-line di ATLAS lettura dei dati da un file di testo costruzione della struttura logica Tree creazione di istogrammi salvataggio dei risultati file di testo file di ROOT

Risultato di un test di noise

Test di noise in funzione della soglia del discriminatore

Test di noise in funzione della soglia per diverse isteresi Allaumentare del valore dellisteresi diminuisce il numero di conteggi hyst 2 mV hyst 5 mV hyst 9 mV hyst 15 mV

Conclusioni Il lavoro di tesi è consistito nello sviluppo di un software di supporto alla procedura di analisi del rumore termico dellelettronica delle camere MDT. Il lavoro di tesi è consistito nello sviluppo di un software di supporto alla procedura di analisi del rumore termico dellelettronica delle camere MDT. Il software sviluppato viene regolarmente utilizzato al CERN presso tutti i siti della certificazione finale delle camere MDT del barrel di ATLAS, opportunamente adattato ai diversi ambienti hardware Il software sviluppato viene regolarmente utilizzato al CERN presso tutti i siti della certificazione finale delle camere MDT del barrel di ATLAS, opportunamente adattato ai diversi ambienti hardware Con tale software è stato possibile effettuare studi sulla dipendenza del noise dalla soglia e dallisteresi dei discriminatori. Con tale software è stato possibile effettuare studi sulla dipendenza del noise dalla soglia e dallisteresi dei discriminatori.