LA CALIBRAZIONE DELLE CAMERE MDT IN ATLAS Renato Febbraro Università Roma Tre/INFN Roma 27/9/2006.

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1 LA CALIBRAZIONE DELLE CAMERE MDT IN ATLAS Renato Febbraro Università Roma Tre/INFN Roma 27/9/2006

2 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea2 SOMMARIO LHC e il rivelatore ATLAS Spettrometro a muoni e camere MDT Strategia di calibrazione –Ambiente software di ATLAS (ATHENA) –Selezione degli eventi in Fast –Inserimento e test degli algoritmi di calibrazione Conclusioni

3 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea3 LHC Collisore protone-protone Energia nel centro di massa di 14 TeV (7+7) Circonferenza di 27 Km 10 11 protoni per pacchetto 25 ns distanza temporale fra pacchetti

4 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea4 IL RIVELATORE ATLAS Spettrometro per µ Calorimetro elettromagnetico Solenoide Calorimetro in avanti Toroide dellendcap Toroide del barrel Rivelatore interno Calorimetro adronico

5 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea5 I MUONI IN ATLAS Regione di piccola massa m H < 130 GeV H -> bb Regione di massa intermedia 130 GeV< m H < 2m Z H WW, H ZZ Regione di massa grande (m H > 2 m z ) H WW, H ZZ I canali migliori dal punto di vista sperimentale sono quelli con i leptoni nello stato finale H ZZ 4 (Golden Channel)

6 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea6 LO SPETTROMETRO PER MUONI (1) REQUISITI Capacità di trigger su uno o più muoni in un vasto intervallo di pt; Buona risoluzione nella misura dellimpulso nellintervallo tra 6 GeV/c e 1 TeV/c; capacità di lavorare per molti anni ad un flusso elevato. Camere di trigger dedicate Campo magnetico toroidale in aria e rivelatori di posizione Problemi legati allinvecchiamento

7 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea7 LO SPETTROMETRO PER MUONI (2) ~ 1200 camere MDT RomaTre ha assemblato, testato e certificato 63 BIL chambers Camere di trigger Misura di precisione Le camere MDT sono utilizzate per la misura dellimpulso. E forniscono la coordinata lungo il piano di curvatura del campo magnetico. Le camere RPC sono delle camere veloci (1ns la loro la risoluzione temporale), ed oltre a fornire il trigger danno anche la seconda coordinata

8 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea8 RISOLUZIONE IN IMPULSO A basso impulso la limitazione alla risoluzione proviene dalle fluttuazioni dovuta alla perdita di energia. Ad impulso impulso è dominante la risoluzione intrinseca al rivelatore Mentre la diffusione coulombiana contribuisce in modo indipendente dal momento e domina nella regione compresa fra 20 GeV/c e 100 GeV/c

9 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea9 CAMERE MDT (1) Ogni camera è divisa in : 2 Multilayer, 3 ou 4 Layer, Ogni Layer è composto da un piano di tubi a deriva Nel dipartimento di Fisica delluniversità Roma Tre sono testate le camere BIL (Barrel Inner Large) Ogni tubo determina la distanza tra la traccia di una particella carica e il filo partendo dal tempo di arrivo della carica di ionizzazione sopra il valore di soglia, dovuta agli eletroni primari

10 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea10 CAMERE MDT (2) Tubo di Al R=15mm 400 m di spessore Anode wire 50 mm W electron drift time signal amplitude TDC ADC La miscela del gas è com: Ar-CO2 93%-7% La pressione è di 3 bar Il tempo massimo di deriva è 700 ns La risoluzione è circa 80 m

11 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea11 CAMERE MDT (3) Sistema di distribuzione del gas Schede di distribuzione dellalta tensione per la lettura del segnale Elettronica

12 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea12 CAMERE MDT (4) Vogliamo conoscere la distanza della traccia dal filo di anodo. Il campo elettrico accelera gli elettroni primari. A causa della miscela del gas la velocità di deriva non è LINEARE. LA RELAZIONE RT E PIU COMPLESSA CALIBRAZIONE

13 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea13 RELAZIONE RT PER LE MDT (1) Integrando lo spettro temporale possiamo ottenere una relazione RT Considerando un numero sufficientemente elevato di tracce (>20k) possiamo scrivere Quindi posso scrivere la relazione RT utilizzando lespressione precedente:

14 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea14 PARAMETRI FONDAMENTALI DELLO SPETTRO DI DERIVAT0 Tmax Dipende dallelettronica, varia da tubo a tubo. Non necessario per le calibrazioni, ci da comunque un indicazione sulla qualità dei dati (sensibile a variazione dei par. Amb.)

15 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea15 CALIBRAZIONE DELLE CAMERE MDT Due aspetti:. Estrazione dei dati. Elaborazione delle calibrazioni

16 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea16 DI QUANTI DATI ABBIAMO BISOGNO PER CALIBRARE T0 RT

17 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea17 DOVE PRENDIAMO I DATI PER LE CALIBRAZIONI ABBIAMO BISOGNO DI UNO STREAM DEDICATO DOPO LEVENT FILTER IL FLUSSO di eventi muonici E 40 Hz (60 GIORNI PER UNO SPETTRO DI DERIVA) Il primo livello di trigger effettua una prima selezione degli eventi usando separatamente le informazioni dei differenti rivelatori Il secondo livello di trigger conferma gli eventi selezionati dal LVL1, e ne riduce ulteriormente la frequenza LEvent Builder assembla le informazioni provenienti dai differenti apparati per formare un evento completo

18 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea18 DOVE PRENDIAMO I DATI PER LE CALIBRAZIONI I dati vengono presi dal LVL2MU in modo da avere un flusso di alcuni KHz

19 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea19 ORGANIZZAZIONE DEI DATI NELLO SPETTROMETRO A MUONI Lalgoritmo di secondo livello Fast opera sulle RoI generate dal trigger di LVL1 Il trigger di LVL1 definisce le Region of Interest sulle quali andrà ad operare il trigger di LVL2 After L1 emulation LVL1 RoI

20 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea20 ATHENA (1) Il software dellesperimento ATLAS e sviluppato in C++ e lambiente di lavoro che ospita i diversi algoritmi, sia per i trigger di alto livello che per riscostruzione, calibrazione ed analisi, si chiama ATHENA ATHENA è un framework ossia un software di sostegno alla struttura informatica che permetta linterazione fra i vari algoritmi necessari ad un esperimento

21 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea21 ATHENA (2) Nellambito del lavoro di tesi ho: –Eseguito in ATHENA il software di Fast –Inserito in ATHENA nuovi algoritmi per calibrazione (T0) –Verificato usando ATHENA le loro prestazioni (stabilita, robustezza... ) sia su dati di test che su simulazioni

22 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea22 FAST Allinterno delle RoI vengono cercati gli hit degli MDT. Questo avviene aprendo delle Muon Road intorno alla traiettoria definita dal LVL1 I segmenti di traccia ricostruiti forniscono una misura precisa della direzione e della posizione e della traccia del muone. Le informazioni ricondotte al piano centrale vengono usate per definire un superpunto CON FAST HO VERIFICATO CHE IL DATO PRODOTTO IN USCITA POSSEDESSE TUTTE LE INFORMAZIONI NECESSARIE ALLE CALIBRAZIONI

23 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea23 FORMATO DEL DATO DI CALIBRAZIONE Calib. T. ID Wordcount MDT hits (raw data) LVL2 muon features ( p T, etc.) RPC/TGC hits (raw data) Min.data Max.data

24 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea24 TEST DELLALGORITMO DI CALIBRAZIONE Lalgoritmo di calibrazione (la parte che esegue il calcolo del T0 è stata scritta da me) è stato testato in due fasi successive utilizzando: I DATI DEL TEST BEAM I DATI OTTENUTI CON IL MONTE CARLO

25 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea25 TEST BEAM SETUP QUESTA E LA CONFIGURAZIONE DEL TEST BEAM CHE USA IL FASCIO SPS DEL CERN rotating BIL Beam: ~ 20 & 100 GeV BARRELEND CAP

26 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea26 TEST DEGLI ALGORITMI CON I DATI DEL TEST BEAM I PLOT MOSTRATI SONO STATI PRODOTTI FACENDO LE DIFFERENZE TRA DUE CAMPIONI INDIPENDENTI DI DATI ACQUISITI A BREVE DISTANZA DI TEMPO PER CONTROLLARE LA STABILITA DELLALGORITMO

27 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea27 TEST CON I DATI MONTE CARLO (1) DATI MONTE CARLO: La calibrazione è fatta per settori: in questo caso ho preso solo un settore dello spettrometro ( =1 e =2) Lenergia dei muoni è 100 GeV

28 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea28 TEST CON I DATI MONTE CARLO (2) Con i dati del monte Carlo ho controllato che le RT prodotte fossero paragonabili con quelle usate nella digitizzazione BILBMLBOL

29 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea29 TEST CON I DATI MONTE CARLO (3) Qui viene mostrata la differenza tra la RT di digitizzazione e quella prodotta per una camera BIL

30 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea30 TEST CON I DATI MONTE CARLO (4) Spettro di deriva ottenuto con il Monte Carlo Nel plot di sinistra si vede lo spettro di deriva ottenuto per un tubo, dove si vede che si riesce a riprodurre per il T0 ilo valore inserito nel Monte Carlo Mentre a destra è mostrato lo spettro di deriva per lintera camera

31 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea31 TEST CON I DATI DEL MONTE CARLO (5) Distribuzione del T0. Il valore della gaussiana è di 814 ns con una sigma di 3 ns compatibile con il valore della risoluzione aspettato per il numero di eventi considerato

32 27 Settembre 2006R.Febbraro-Tesi di Laurea32 CONCLUSIONI Con il mio lavoro ho verificato che : Lalgoritmo usato è robusto, stabile ed è in grado di produrre in modo corretto le costanti di calibrazione (RT, T0) La migliore posizione dove prendere i dati delle calibrazioni è il trigger di secondo livello sfruttando Fast