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LA CALIBRAZIONE DELLE CAMERE LA CALIBRAZIONE DELLE CAMERE MDT IN ATLASMDT IN ATLAS
Renato FebbraroRenato Febbraro
Università “Roma Tre”/INFNUniversità “Roma Tre”/INFN
Roma 27/9/2006Roma 27/9/2006
27 Settembre 2006 R.Febbraro-Tesi di Laurea 2
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
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LHC
Collisore protone-protone
Energia nel centro di massa di 14 TeV (7+7)
Circonferenza di 27 Km
1011 protoni per pacchetto
25 ns distanza temporale fra pacchetti
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IL RIVELATORE ATLAS
Spettrometro per µ
Calorimetro elettromagnetico
Solenoide
Calorimetro in avanti Toroide
dell’endcap
Toroide del barrel
Rivelatore internoCalorimetro adronico
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I MUONI IN ATLASRegione di piccola massa
mH < 130 GeV
H -> bbRegione di massa
intermedia
130 GeV< mH < 2mZ
H WW, HZZ
Regione di massa grande(mH > 2 mz )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)
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LO SPETTROMETRO PER MUONI (1)
REQUISITI
• Capacità di trigger su uno o più muoni in un vasto intervallo di pt;
• Buona risoluzione nella misura dell’impulso nell’intervallo 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 all’invecchiamento
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LO SPETTROMETRO PER MUONI (2)
~ 1200 camere MDT
RomaTre ha assemblato, testato e certificato63 BIL chambers
Camere di trigger
Misura di precisione
Le camere MDT sono utilizzate per la misura dell’impulso.
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
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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
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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 dell’università “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
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CAMERE MDT (2)
Tubo di AlR=15mm
400m di spessore
Anode wire 50 mm W
electron drift time
signal amplitudeTDCADC
La miscela del gas è com: Ar-CO2 93%-7%La pressione è di 3 bar
Il tempo massimo di deriva è 700 nsLa risoluzione è circa 80 m
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CAMERE MDT (3)
Sistema di distribuzione del gas
Schede di distribuzione dell’alta tensione per la lettura
del segnale
Elettronica
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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
CALIBRAZIONECALIBRAZIONE
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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 l’espressione precedente:
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PARAMETRI FONDAMENTALI DELLO SPETTRO DI DERIVA
T0T0 TmaxTmax
Dipende dall’elettronica, 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.)
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CALIBRAZIONE DELLE CAMERE MDT
Due aspetti:
. Estrazione dei dati
. Elaborazione delle calibrazioni
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DI QUANTI DATI ABBIAMO BISOGNO PER CALIBRARE
• T0
• RT
day
muonsmuonhits
tubestubehits
/10
104/20
104/102
8
854
day
muonsmuonsegs
CRCRsegs
/10
103/6
10/102
8
744
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DOVE PRENDIAMO I DATI PER LE CALIBRAZIONI
ABBIAMO BISOGNO DI UNO STREAM DEDICATO
DOPO L’EVENT 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
L’Event Builder assembla le
informazioni provenienti dai differenti apparati per formare un evento
completo
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DOVE PRENDIAMO I DATI PER LE CALIBRAZIONI
I dati vengono presi dal LVL2MU in modo da
avere un flusso di alcuni KHz
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ORGANIZZAZIONE DEI DATI NELLO SPETTROMETRO A MUONI
L’algoritmo 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 LVL1 RoIRoI
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ATHENA (1)Il software dell’esperimento ATLAS e’ sviluppato in C++ e
l’ambiente 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 l’interazione fra i vari algoritmi necessari ad un esperimento
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ATHENA (2)
• Nell’ambito 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
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FAST
All’interno 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
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FORMATO DEL DATO DI CALIBRAZIONE
Calib. T. IDCalib. T. IDWordcountWordcount
MDT hits MDT hits (raw data)(raw data)
LVL2 muon LVL2 muon features (features (
ppTT, etc.), etc.)
RPC/TGC hits RPC/TGC hits (raw data)(raw data)
Min. Min. datadata
Max. Max. datadata
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TEST DELL’ALGORITMO DI CALIBRAZIONE
L’algoritmo 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
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TEST BEAM SETUP
QUESTA E’ LA CONFIGURAZIONE DEL TEST BEAM CHE USA IL FASCIO SPS DEL CERN
rotating BIL
Beam: ~ 20 & 100 GeV BARRE
LEND CAP
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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’
DELL’ALGORITMO
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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)
• L’energia dei muoni è 100 GeV
27 Settembre 2006 R.Febbraro-Tesi di Laurea 28
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
BIL BML BOL
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TEST CON I DATI MONTE CARLO (3)
Qui viene mostrata la differenza tra la RT di digitizzazione e quella prodotta per una camera BIL
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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 l’intera camera
27 Settembre 2006 R.Febbraro-Tesi di Laurea 31
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
27 Settembre 2006 R.Febbraro-Tesi di Laurea 32
CONCLUSIONI
Con il mio lavoro ho verificato che :
• L’algoritmo 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