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

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

2 ATLAS : inner detector transition radiation (TRT) :   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±). Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)

3 ATLAS : inner detector risultati in funzione dell’angolo di produzione polare della particella, per un momento trasverso pT = 500 GeV. NB - se l’errore di misura predomina (v.oltre) pT / pT  pT.. [anche misura del parametro di impatto per vertici secondari (c,b,)] 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 (un’interazione / 25 ns !!!); resistenza alla radiazione (subito prima del calo, in ATLAS  2 KGy/anno (1)); (…) _____________________________________ (1) 1 Gy = “gray” = 1 joule / Kg = × 1012 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  2.5  3.0 Gy. Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)

5 errori dei calorimetri
E /E  a E b 1 GeV [non in scala] 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]; ATLAS e.m (t-beam) : a  9.85 % GeV½; b  0.42 %; c trascurabile; CMS meglio. Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)

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

8 ATLAS : calorimetria adronica
ATLAS TP, pag 38, fig 2-28. Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)

9 ATLAS : magneti Solenoide   B = 2 T Toroide  Bℓ  3 T·m 
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10 p / p semplice esercizio : errore di misura su p da misure di deflessione magnetica : [ meglio : R.L. Gluckstern, NIM 24, 381 (1963)] ℓ : lunghezza di traccia misurata; r = pT / (0.3 z B) [GeV, T, m];  : errore di misura; (r-s)2  r2 - 2rs = r2 - (ℓ / 2)2; s  ℓ2 / (8r)  B ℓ2 / p; p/p = s/s  p s /(B ℓ2); s    p / p   p / (B ℓ2); nel caso in 3D, ppT, ℓ  ℓT : pT / pT   pT / (B ℓT2). scattering multiplo : (s)apparente  ℓ ’   1/p; p/p = s/s non dipende da p s ℓ/2 r r-s Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)

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

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

13 ATLAS : ± nel “barrel” (centrale)
un ± attraversa  3 camere + 3 RPC; in media,  B dℓ = 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). Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)

14 ATLAS : ± nel “barrel” (centrale)
BOL BOS BML BIL BMS BIS un ± attraversa  3 camere + 3 RPC; in media,  B dℓ = 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). Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)

15 ATLAS : camere MDT per ±
“Monitored Drift Tube”; schema di una camera; principio di funzionamento. 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”. 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-CO2 (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.  Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)

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

19 ATLAS : trigger ± “pT trigger” :
in un campo magnetico, piccola curvatura  alto impulso; ricerca di segnali allineati ( “strade”); risoluzione temporale  2 ns ( bunch crossing). 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 pT, cluster localizzati di energia adronica, presenza di ETM, 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 ETM) 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 pT [ex. >10 GeV] richiede anche ETM, mentre se il pT è più elevato [ex. >30 GeV] non c’è richiesta di ETM); 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 …] 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 : alzare la soglia di trigger; “prescalare” il trigger di un fattore n, i.e. accettare solamente 1/n eventi (n è noto, l’analisi 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 studi di fisica di basso pT; studi del fondo da sottrarre agli eventi ad alto pT; 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. 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 pT, jets); concetto di “parallelismo”; non dimenticare il calcolo offline (simul. montecarlo, calibrazione, ricostruzione)  GRID. Paolo Bagnaia - I rivelatori di LHC (2)

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