I Toroidi di ATLAS Curvatura nel piano r-z

Presentazione sul tema: "I Toroidi di ATLAS Curvatura nel piano r-z"— Transcript della presentazione:

1 I Toroidi di ATLAS Curvatura nel piano r-z
1 toroide per il barrel BT (h<1) 8 bobine Lunghezza 26m Raggi interno/esterno 9.5m/20m Bending power Bdl = Tm 1 Criostato/bobina 2 toroidi per gli endcaps ECT (h>1.4) 8 bobine ciascuno Collocati alle due estremità all’interno del BT, bobine ruotate di 22.5° rispetto al BT Lunghezza 5m Raggi interno/esterno 1.7m/10.7m Bending power Bdl = Tm Singolo criostato per ciascun ECT Curvatura nel piano r-z Sovrapposizione dei campi nella regione 1<h<1.4

2 I Toroidi di ATLAS  Richieste soddisfatte dal layout:
Campo toroidale in avanti  buona risoluzione in momento trasverso fino a  ~2.7 Toroide nel barrel  minimizzazione delle forze magnetiche sul sistema; minime dimensioni/costi Overlap BT-ECT  masima accettanza per muoni singoli Alto bending power ad alta rapidità Y (cm) Linee di campo consecutive separate di 0.1Tm X (cm) La mappa del campo B nel piano mediano di un ECT  Integrale di campo per tracce radiali

3 Lo spettrometro di ATLAS
RPC L’organizzazione dei rivelatori in  segue la periodicità dei toroidi -> otto settori “Large” e “Small” MDT ECT GOAL Tracciamento di muoni di pT tra 6 GeV e 1 TeV fino a <2.7 risoluzione pochi % fino a 100 GeV, 10% a 1TeV Trigger di muoni con pT > 6 GeV fino a <2.4 MDT RPC TGC EC Toroid Bobine BT CSC

4 Layout dello spettrometro
2x4 strati di tubi a drift MDT 2x3 strati di MDT 2 strati di RPC Barrel MDT misurano z  80 mm RPC strip  e  passo  3cm  20 misure z di precisione nel piano di curvatura + 6 misure xz Endcap MDT misurano r  80 mm CSC strip r   60 mm, strip  passo 1cm TGC strip  passo  3cm, fili r passo  2cm  <2 20 misure r di precisione +9 misure xr  2<<2.7 16 misure r di precisione + 4 misure  + 7 misure xr 2 (3) strati di TGC 4 strati di CSC radiation shield

5 Contributi alla risoluzione in pT
Items cruciali noti campo magnetico e di dE/dx nei calorimetri Risoluzione spaziale e calibrazione MDT Allineamento Barrel La richiesta più stringente: DpT/pT = 0.1 per pT = 1TeV pT = 1TeV -> sagitta 500mm; Ds=50mm Goal raggiungibile con Risoluzione spaziale ~80mm posizione del filo nota entro 20mm Allineamento controllato entro 30-40mm (barrel - endcaps)

6 Risoluzione spaziale: MDT
Parametri meccanici dei tubi a drift Catodo cilindrico in Al spessore 400 mm raggio 1.5cm Filo W-Re diametro 50 mm Lunghezza dei tubi metri Tolleranze meccaniche mm Ar(93%)CO2(7%) a P=3bar (ageing safe!) HV 3080V, soglia 25 e- Massimo tempo di drift ~800ns Guadagno 2x104 Risoluzione spaziale media 80mm x 6(o 8) misure  ~50 mm e ~0.3mrad per stazione Monitored Drift Tubes: 1.5 cm distanza di drift massima; Tolleranze meccaniche ~20mm R-t non lineare accuratamente calibrata  vs B (non uniforme lungo ) vs T (DTmax ~2.65ns/K) vs % di CO2 (Tmax ~83ns/%CO2) Drift-time spectrum RT-relation Risultati su camere di produzione in test su fascio La risoluzione vs parametro d’impatto e` dominata dagli effetti di soglia: 60 mV -> 25 elettroni (primari e/o secondari !!!) definiscono una soglia di discriminazione che e` 5 sigma al di sopra del rumore elettronico (limiti dell’elettronica + guadagno contenuto!). 25 elettroni su ~77 ionizzazioni primarie a b=0; cluster size media 4; 25 elettroni / (77*4) provengono da una regione ampia 2.4 mm / 3 cm di traccia -> il 25esimo l’elettrone (il piu lontano) distera` dal filo 1.2mm !!!!!! La discesa della risoluzione e` dominata dalle fluttuazioni sulla cluster size convoluta con una velocia` di drift che vicino al filo vale ~40micron/ns e raggiunge i 10 micron/ns all’estremita` del tubo La diffusione in CO2 e` molto bassa -> a b=1.5 cm il contributo della diffusione e della cluster size sono ~uguali ! Controllata entro 25mm

7 Controllo delle posizione dei fili
Parametri meccanici dei tubi a drift Catodo cilindrico in Al spessore 400 mm Filo W-Re diametro 50 mm Lunghezza dei tubi metri Tolleranze meccaniche mm un sistema ottico di monitoraggio della sagitta e delle deformazioni in piano della camera consente di: - equalizzare la sagitta dei tubi a quella dei fili (entro 100mm); - correggere nella ricostruzione effetti dovuti a deformazioni complessive della camera da stress meccanici e a gradienti termici (previsti fino a 1.5°C nel volume della singola camera nei casi più sfavorevoli)

8 Allineamento relativo
Z-offset Station 3 Station 2 Sistema testato a H8 Axial lines (RASNIK) Projective lines (RASNIK) Station 1 errore sulla sagitta dovuto al disallinamento controllato al livello di ~ 20 mm Spostamenti relativi in direzione assiale e radiale controllati entro 30 mm mediante un sistema di allineamanto ottico che utilizza l’analisi di immagini CCD mediante maschere codificate (tecnologia RASNIK)

9 Caratteristiche principali di RPC/TGC/CSC ATLAS
Anodo-Anodo mm Anodo-Catodo 1.4mm Catodo-Catodo 2.8 mm Gas : 55 % CO2 , 45 % N-Pentano; HV= 3.1 KV  regime di valanga saturata Tempi di drift brevi  risoluzione temp. sufficiente per bunch-crossing ID. Fili misurano R e sono usati per il trigger Strip misurano ; pitch 20-30mm TGC Bakelite Foam PET spacers Graphite electrodes  strips HV  strips Grounded planes Gas CSC 2mm RPC Campo elettrico nella gap ~ 5 KV/mm; Gas: C2H2F4/C4H10/SF /3/0.3  bakelite ~ 2x1010 cm; strip in Cu, pitch ~30mm Risoluzione temporale ~1.5 ns Pitch anodo-anodo: mm Strip read-out pitch: mm Risoluzione 50 mm da interpolazione della carica letta sulle strip del catodo Risoluzione temp. 7 ns(max. Tdrift=30ns)

10 Procedure di calibrazione globale
Risoluzione in momento e calibrazione assoluta dipendono da allineamento degli MDT conoscenza del campo magnetico conoscenza della perdita di energia nei calorimetri Allineamento: run speciali con il campo toroidale spento e campo solenoidale acceso  campione di tracce rettilinee di momento misurato in ID consente di allineare rapidamente lo spettrometro entro 30mm Campo magnetico: inizialmente misurato con 5000 sonde Hall  precisione relativa 0.1% Z  m+m-: 30k eventi al giorno a bassa luminosità  calibrazione della scala di momento dal fit del picco della Z Limite del metodo: perdita di energia nel calorimetro richiede una correzione grande (DE3GeV) e dipendente dal momento  Occorre fittare il campo magnetico e insieme dE/dx la richiesta più stringente proviene da DMW ~20MeV con 10fb-1 Incertezza finale su B ~0.02 % richiede pari precisione su B del solenoide e <Eloss> nota ~ 10MeV

11 Materiali e Fondo  pT ≥ 3GeV per i m nello spettrometro
10-13 lunghezze di assorbimento nel barrel 14-20 negli endcap  pT ≥ 3GeV per i m nello spettrometro Lunghezze di assorbimento pseudorapidità Fondo di caverna neutroni termici; fotoni da keV p, p, m, e da ~100MeV 10-1 10-2 10-3 Counting rate (kHz/cm2) Inner Station Middle Station Outer Station fondo da neutri e carichi L =1034cm-2s-1 Tile Calo crack Effetti di carica spaziale e invecchiamento Fattori di sicurezza 5-10 tipicamente applicati Incertezze sul rate: proprietà degli eventi di minimum bias descrizione dettagliata dei materiali sensibilità dei rivelatori (~10-2 per g, ~10-3 per n)

12 Logica di trigger Basso impulso pT>6GeV: Alto impulso pT>20GeV:
Barrel Coincidenza di 3 /4 in RPC2 3 /4 in RPC1 Endcap Coincidenza di 3 /4 in TGC3 3 /4 in TGC2 Alto impulso pT>20GeV: Trigger di basso impulso + 1 hit in RPC (barrel) + coincidenza di 2 /3 in TGC1 (EC) accettanza media 94% piani pivot accettanza media 93% RPC risoluzione temporale ~1.5ns Granularità di readout ~30mm TGC Efficienza 99% per gate temporale di 25ns Granularità di readout 20mm (fili) 30mm (strip) Robustezza del trigger garantita dalla possibiltà di riprogrammare la logica delle coincidenze a seconda delle condizioni di fondo

13 Trigger di muoni LVL1 goal: Rate da 40 MHz(*20 interazioni primarie) a 75 kHz; latenza 2ms output: Definizione della RoI (input per il LVL2) e molteplicità di m per 6 soglie in pT per bunch crossing risoluzione in pT~20-30% implementazione: - Matrici di Coincidenza ricercano pattern di hits in tempo nei vari layers corrispondenti a tracce provenienti dal punto di interazione (la finestra DxD di coincidenza fissa la soglia in pT ) - PAD combinano le due viste e definiscono le RoI (minima RoI nel barrel DxD 0.1x0.1) - Settore (nel barrel 32*2 settori DxD 1x0.2) definizione dell’output RoI  Region of Interest

14 Trigger di muoni LVL1 goal: Rate da 40 MHz(*20 interazioni primarie) a 75 kHz; latenza 2ms output: Definizione della RoI (input per il LVL2) e molteplicità di m per 6 soglie in pT per bunch crossing risoluzione in pT~20-30% implementazione: - Matrici di Coincidenza ricercano pattern di hits in tempo nei vari layers corrispondenti a tracce provenienti dal punto di interazione (la finestra DxD di coincidenza fissa la soglia in pT ) - PAD combinano le due viste e definiscono le RoI (minima RoI nel barrel DxD 0.1x0.1) - Settore (nel barrel 32*2 settori DxD 1x0.2) definizione dell’output RoI  Region of Interest LVL2 goal: Rate a ~1 kHz; latenza <10 ms raffinare il taglio in pT match dei segmenti rettilinei nelle tre stazioni in una RoI; calcolo della sagitta; conversione sagitta in pT (lookup table per settore -); output: risoluzione in pT ~ 5% per pT < 100 GeV rate di spurie ridotto a livello trascurabile

15 Canali del piano pivot(RPC 2) Canali del piano di conferma(RPC1)
La matrice di coincidenza low pT Canali del piano pivot(RPC 2) Canali del piano di conferma(RPC1) Le matrici di coincidenza vengono alloggiate sopra le camere RPC del piano Pivot 3 soglie programmate per il LOW-Pt 6 GeV 8 GeV 10 GeV Ogni canale del piano pivot (RPC2) è messo in corrispondenza con un determinato numero (dipendente dalla larghezza della finestra di coincidenza) di canali del piano di conferma (RPC1 e RPC3)

16 Trigger performances barrel/endcaps Livello 1 barrel
Rate di casuali da fondo non correlato e- Compton E<2MeV Livello 1 barrel low pT ¾ majority Rate di muoni barrel/endcaps Trigger rate/Hz Rate kHz L1 low pt L2 high pt K/p decays 7.9/12 3.1/1.8 1.1/2.1 0.06/0.06 b decays 1.7/1.8 1.0/0.9 0.8/0.8 0.09/0.13 c decays 1.0/1.1 0.5/0.5 0.4/0.4 0.04/0.05 W decays ~ 0 0.06/ 0.05/ Total 10.6/15 4.6/3.2 2.4/3.3 0.24/0.24 prompt muons nominal backg backg x 5 luminosity nb-1s-1 high pT ¾ and ½ majorities 1 nb-1s-1 10 nb-1s-1 prompt muons nominal backg backg x 10 Gli algoritmi di Livello 2 forniscono una reiezione del fondo non correlato pari a 102 Trigger rate/Hz stime da aggiornare sul layout finale dello spettrometro H4m MHiggs GeV accettanza del trigger di 2m >99% luminosity nb-1s-1

17 Robustezza e flessibilità del trigger
Altri contributi al rate del Livello 1 m, p ~100 MeV  prodotti da decadimenti di K neutri negli sciami  rate « rate di e- Compton di bassa energia  rate di m da decadimento in volo di K/p nei jet  incertezze sulla s di interazione dei K  incertezze sui rate p di impulso ~400 MeV da interazioni di n  rate atteso x rate di m da decadimento in volo di K/p nei jet  pattern di hit correlati possono simulare il segnale di muoni prompt Schemi di trigger previsti per ridurre il rate da fondo correlato (implementabili con la logica riprogrammabile a disposizione) barrel schema low pT + hit di conferma in RPC3 schema low pT + deposito di energia compatibile con m nel layer più esterno del Tile Calorimeter perdita di efficienza per pT>6GeV trascurabile rate da fondo correlato trascurabile endcap schema low pT + hit di conferma in TGC1 schema low pT + hit compatibili nella stazione TGC più interna

18 Robustezza e flessibilità del trigger
Barrel high pT 2/4 and ½ majorities Efficienza di trigger vs efficienza dei rivelatori di trigger Trigger efficiency Schema di trigger per far fronte a inefficienze degli RPC (implementabili con la logica riprogrammabile a disposizione) expected from RPC eff. experimental binomial dati da test su fascio Configurazione di trigger L (loose, loose-robust) low pT  2/4 majority in RPC1 e RPC2 + hit in coincidenza in RPC3 per ridurre il rate di spurie high pT  low pT e 1/2 majority in RPC3 RPC gap efficiency low pT 2/4 and coincidence in RPC3 RPC eff. low pT eff. high pT eff. baseline loose robust 95 % 0.99 1 0.95 0.98 80 % 0.82 0.92 0.85 0.79 0.88 Trigger rate/Hz prompt muons nominal backg backg x 5 luminosity nb-1s-1

19 Software di selezione di HLT
HLT DataFlow Software Interface Dependency Package Event Filter HLTSSW HLT Selection Software Processing HLT Core Software Application Level2 Steering HLT Algorithms Processing Application HLT Algorithms Data Manager ROBData Collector Event DataModel Event selection: how ? – Steering what ? - HLT ALgorithms Data access: how ? - DataManager what ? - EventDataModel EventFilter: 1 kHz  100 Hz, latenza 1 sec l’intero evento è fornito dall’ EventBuilder alla farm dell’ EventFilter (PCs, Linux) Processing Applications indipendenti eseguono gli algoritmi di selezione sui nodi della farm Il software di selezione consiste di algoritmi offline che hanno accesso a costanti di calibrazione e di allineamento

20 Muoni nel TileCal

21 Strategia di tracciamento algoritmi offline
Software di ricostruzione Muonbox – raffinato, affidabile, ottimizzato Moore/MuID – in evoluzione, OO, veloce strategia simile risultati confrontabili Identificazione di una regione di attività procedura guidata dagli hit ηxφ nelle camere di trigger Ricostruzione locale di segmenti rettilinei nel piano di curvatura con hits MDT Combinazione di segmenti compatibili definizione delle tracce candidate Fit nel campo magnetico, tenendo conto di scattering multiplo e perdita di energia nei materiali del MS Propagazione al punto di interazione conoscenza dettagliata della natura e della quantità di materiale attraversato; dE/dx e angoli di scattering inclusi nel fit Combinazione tracce in MS e Inner Detector fit globale o associazione su base statistica

22 Performances su m singoli
no background Efficienza vs pT Risoluzione in pT vs pT Limite intrinseco dello spettrometro Muon Spectrometer MS propagated to IP Inner Detector Combined fit Moore/MuID Inner Detector Muon Spectr. MS prop. to IP Combined fit Moore/MuID PT /GeV PT /GeV

23 m di basso impulso no background
m di pT=5 GeV perdono nei calorimetri da 2 a 4 GeV a seconda di  La combinazione dei segmenti ricostruiti nella stazione interna con la traccia nell’Inner Detector permette di avere efficienze di identificazione del 90% a pT di 3-10 GeV Muonbox PT /GeV Efficienza vs pT efficienza di ricostruzione vs  4 GeV 5 GeV segmenti nella stazione interna  tracce  6 GeV 8 GeV  

24 Performances in presenza di fondo
Effetto del fondo di caverna (fattore di sicurezza 5) sulla ricostruzione di muoni singoli aumento della molteplicità di tracce spurie efficienza e risoluzione non sono deteriorate Z m+m- J/ from Bs0 J/  Muonbox Performances su campioni di controllo Muonbox m(GeV) m(GeV)

25 Moore/MuID come algoritmo di HLT
logica dell’algoritmo di ricostruzione della singola traccia invariata rispetto all’ambiente offline chiamato dallo Step Controller del software di steering del Filtro invece che dell’ event manager offline non effettua, in generale, la ricerca di muoni nell’evento ma processa un seed conferma o rigetta un Trigger Element (TE) generato dal trigger di secondo livello accede a una frazione dell’evento scelta dal meccanismo del Region Selector sulla base del seed usa le sequenze di trigger produce nuovi TE dai TE di input usa le configuration signatures collezioni di TEs richiesti dal menu del trigger da confermare può essere eseguito N volte per evento

26 Moore/MuId – Test preliminari sui tempi di esecuzione
20 GeV TDR 20 GeV DC1 300 GeV TDR 200 GeV DC1 H  4 m DC1 142 msec 155 msec 368 msec 279 msec 572 msec PT tempo di esecuzione Ricostruzione nello spettrometro - Moore PT /GeV Time /ms 20 5.1 100 6.3 300 4.9 H4m mH= 130 GeV 25.2 Propagazione al beam spot MuID dei muoni ricostruiti nello spettrometro (Moore) HLT Technical Design Report in preparazione

27 Nuovi stati finali a 2m H/A  mm
A/H  , tg  = 38 m~11 GeV In MSSM 5 Higgs: h, H, A, H numerosi modi di decadimento con branching ratios dipendenti dai parametri del modello Constraint teorico: M(h) < 135 GeV H/A  mm importante in una regione dello spazio dei parametri non ancora esclusa ruolo cruciale dello Spettrometro scoperta accessibile in un anno di run a bassa luminosità risoluzione in massa invariante ~11GeV per mmm = 300 GeV La ricerca di Higgs in SM equivale alla ricerca di h in MSSM per un’ampia regione dello spazio dei parametri.

28 HZZ*4m Moore/MuID per MHiggs tra 130-200 GeV
no Z constraint per MHiggs tra GeV efficienza ~85% normalizzata al # eventi con 4m a <2.5 (M4m) = 1.5 / 2 / 2.9 GeV per MHiggs 130/170/200 GeV  = (1.85±0.06) GeV Z constraint H4m (mH=130 GeV) Ricostruzione dei muoni nello spettrometro e propagazione al vertice Z constraint Moore  = (1.49±0.05) GeV Fit combinato spettrometro e inner detector  = (2.33±0.07) GeV

29 Lo spettrometro nella fase iniziale di run
Staged detectors di interesse per la identificazione di muoni -- EEL/EES MDT and half CSC -- Part of forward shielding -- 1 pixel layer -- TRT outer end-cap -- Large part of HLT/DAQ staged ridotta accettanza (MDT) a 1<< 1.4 ridondanza di misura compromessa nell’inner detector ~5% perdita in significatività per A/H  2 staged