ATLAS 実験 Combined Testbeam 2004における SCT 検出器の評価

筑波大物理　中村浩二

LHC 加速器と ATLAS 検出器Combined Test Beam

目的とセットアップSCT モジュールの検出効率内部飛跡検出器を用いた運動量分解能光子ビームを用いた物質量測定

まとめ

目次

LHC 加速器 @ CERN

ALICE

MONT BLANC

Lac LémanGeneva Air Port

LHCbCMS

PPATLAS

8.47 km

2007 年開始予定陽子 - 陽子衝突型加速器重心系エネルギー 14 TeVルミノシティーの目標　　 1x1034cm-2s-1

目的Higgs 粒子の探索標準理論を超える物理　の探索標準理論の検証

ATLAS 検出器

カロリメータLAr EM 液体アルゴンカロリメータ (Pb)

Tile HD シンチレータタイルカロリメータ

LAr HEC ハドロンエンドキャップ (Cu)

LAr FCal 超前方カロリメータ (Pb)

Muon 検出器MDT ドリフトチューブチェンバー

TGC,RPC ,CSC トリガー用チェンバー

LAr EM

Tile HDLAr HEC

LAr FCal

Muon System

飛跡検出器Pixel シリコンピクセル検出器SCT シリコンマイクロストリップ検出器TRT 遷移輻射ストローチューブチェンバ

Combined TestBeam

トリガ・データ収集システムを含む検出器の動作確認と、基本性能測定

ATLAS Software (ATHENA) の開発 運動量やエネルギーの再構成アルゴリ

ズムの開発 MC シミュレーションとの比較

CTB の目的 セットアップすべての ATLAS 検出器の一部をビームライン上に設置してテストビームを行った。

Beam

すべてのランに共通するトリガーとして、

　 を用いた。ただし () は、 20GeV/c 以上のランのみ

ビームのサイズは、　 3cm x 3cm のシンチレータ (S2/S3) によって決まる。

Beam トリガー

SCT 検出器の Hit MuonVetoMuonHaloS3S2S1

ストリップ間隔 : 80 m ステレオ角 : 40 mrad 位置分解能 : R 16 m Z 580 m

内部飛跡検出器 4 層上下計 8 モジュールを設置 Pixel 検出器 (3 層 ) と SCT 検出器に　 1.4T の磁場をかけることができる。 TRT 検出器は、磁場の外側に設置された。

ly0 ly1 ly2 ly3

phi0

phi1

link0

link1

pixel SCT

Magnet

B field

TRT

phi0

phi1

ly0 ly1 ly2

前方 SCT モジュール

ly0 ly1 ly2 ly3

SCT モジュールの検出効率 ICTB

SCT モジュールの位置補正 磁場のない、 100GeV/c π+ ビームを用いた。 モジュール位置とオイラー角の計 5 個のパラ

メータを用いて直線フィットの χ2 が最小になるように位置補正を行った。

SCT モジュールの検出効率 磁場のない、 100GeV/c π+ ビーム

を用いた。 ly0,ly2,ly3 での 3 点ヒットを要求

し、直線フィットを行う。 ly1 の Dead ストリップの近くを飛

跡が通った事象は除去した。 モジュール検出効率を

SCT モジュールの検出効率は、 Data:99.7±0.2% Simulation:99.4±0.1% である。　　　　　　これは、十分な性能を示し、シミュレーションとも誤差の範囲で一致している。

mm02

sin/μm80

mm0800

cos/μm80

,track

ΔzΔytrack

.

θdz

.

θdykdzkdy,

ε

のように定義した。 k k

SCT モジュールの検出効率 IICTB

ly0 ly1 ly2 ly3

ly1 のヒット数の分布

ヒット数分布全体に関して、 simulation は、Data を再現している。

内部飛跡検出器を用いた運動量分解能CTB

Data

Simulation

Event selection

トラック、クラスタがひとつずつ存在する。 # of TRT Hits > 30 電子を除去するため、 EME < 0.5 x Beam Pt

5GeV/c 9GeV/c 20GeV/c 100GeV/c の π+ ビームランに対して以下のカットを要求した。

結果

Error は、統計誤差のみ考慮した。

Error は、統計誤差のみ考慮した。

TT PP

)/1(

一般に運動量の分解能を表す式は、曲率に比例する量：

で表され、 右辺第一項は運動量に比例する項第二項は多重散乱による項である。

データの方が劣る理由 TRT 検出器の位置補正が十分ではないこと。 ビームの運動量の広がり (1% 程度 ) が存在し

ていること ( 第二項に影響 ) 。

は二乗和の平方根を表す。

光子ビームを用いた物質量測定 ICTB

光子ビーム 180GeV/c の電子ビームを用いた。 200μ ｍの鉛を置き光子を放出させる。 光子を放出した電子 ( トリガー電子 )

を磁場によって曲げ、その軌道上に設置したシンチレータでトリガをかける。

物質量を本実験と同様にするため、 Pixel 検出器の上流にビームパイプ代わりの銅箔 (37μm) を設置した。

Event selection 電磁カロリメータにトリガー電子の

クラスタとして 100GeV<Eelec<160GeV を満たすクラスタが存在すること。

トリガー電子以外に 1 または 2 個の電磁クラスタが存在し、全クラスタのエネルギー和が、　　　 160GeV<ΣEcl<190GeV を満たすこと (N0= 光子 + 光子 e+e-) 。

光子 e+e- に相当する TRT 検出器に存在すること (Nconv= 光子 e+e-) 。

対生成確率 P≡N0/Nconv

対生成確率 004.0219.0 P 014.0185.0 P

光子ビームを用いた物質量測定 II

CTB

シミュレーションとの比較 ( 物質量 )

物質量 0)004.0247.0( Xt 0)014.0204.0( Xt

)/9

7( 0

1)(Xt

et

P

ATLAS のシミュレーション (TRT 検出器の内側までの物質量 0.2X0) は光子ビームの結果と矛盾しない。

対生成点の再構成

B field

TRT

E1

E2

曲率半径 ρ=E1/0.3B 銅箔 Pixel SCT

Data Simulation

曲率半径 ρ=E2/0.3B

まとめと今後の課題– SCT モジュールの検出効率に関して、 Data ： 99.7±0.2%　と、十分な検出効率が得られた。また、 MC ： 99.4±0.1% とも、

誤差の範囲で一致する。– 内部飛跡検出器を用いた運動量分解能は、

　となったが、シミュレーションより劣る。　今後 TRT 検出器の位置補正確認する。– 光子ビームを用いた物質量測定において、 TRT 検出器より上流の

約 0.2X0 の物質量を確認した。また、対生成点の再構成に関してもその位置分解能は不十分ではあるが、検出器位置と一致している。

TT PP

0005.00221.0)000015.0000361.0()/1(

Backup

Select events with single space point in each of ly0, ly2, ly3.

The above 3 space points were fitted to a straight track.

Select tracks with 2 less than 3.

Removing masked channels on ly1

Efficiency – definition of reference tracks

ly0 ly1 ly2 ly3

Reduced Chi-square

Resolution (readout pitch / √24) : y axis 16 m z axis 580 m (stereo angle 40 mrad)

Y axis : ly1

Z axis : ly1

2 = 3

2 = 3

Alignment Select events with single space point in each layer, ly0-ly3.Make straight track using ly0 and ly3.Align ly1 and ly2 modules so that the mean values of distributions are zero .

Reference track

ly1 residual distributions Data

Simulation

Single module efficiency

Y axis : ly1 Z axis : ly1

Y axis : ly1 Z axis : ly1

+-RO pitch(80um) +-RO pitch(2000um)

0 hit events ~0.2 %

0 hit events ~0.4 %

SCT モジュールの検出効率 IICTB

ly0 ly1 ly2 ly3

ly1 のヒット数の分布

0 hit event は、　　 data : 0.18% simulation : 0.48% ヒット数分布全体に関

して、 dataは、 simulation を再現している。