Presentazione standard di PowerPoint posizione reale dei sensori (misalignment) •Nelle simulazioni dell'upgrade non viene invece simulato il disallineamento residuo •riduzione

ITS ALICEConfronto fra tecnologia attuale e upgrade

Bianca De Martino - Università degli Studi di Torino

Bianca De Martino - Università degli Studi di Torino 2

Produzione di mesoni D in eventi Pb-Pb

• Obiettivo: caratterizzazione del QGP

• Quark charm e beauty prodotti nei primi istantidella collisione Pb-Pb

• La perdita di energia deicharm consente di avereinformazioni sul mezzo

19.10.2018 Bianca De Martino - Università degli Studi di Torino 3

Ricostruzione di mesoni D

• 3 specie, formate da quark charm

• Particella madre (che nasce nel vertice primario) decade (nel vertice secondario) in diversi canali di decadimento a seconda della sua natura:

D0-> (K + π) D+->(K + π + π) D+s->(K + K + π)

• ha una vita media molto breve (cτ = 122.9 µm nel caso della D0), per questo si rivelano le figlie: la ricostruzione delle tracce delle figlie ci dà informazioni circa la natura della particella madre


Simulazioni e rivelazione di particelle

• Simulazione di eventi Pb-Pb:

- ricreazione del decadimento della particella madre (mesone D) nelle particelle figlie

- riproduzione delle performance del detector nella ricostruzione delle tracce delle figlie (nell'ITS e nella TPC).

• Per identificare i vertici di decadimento delle D e separarli dal vertice di interazione è necessario un tracciatore con ottima risoluzione spaziale in prossimità della zona di interazione (ruolo cruciale dell' ITS)

• Upgrade: migliore risoluzione sui singoli punti-> ricostruzione più precisa delle tracce-> migliore identificazione di vertici di decadimento

• Obiettivo: verifica del miglioramento tramite:• confronto delle medie dei residui lungo le tre variabili di posizione (x, y e z) e della massa invariante -> indicazione sulla presenza di effetti sistematici

• confronto degli RMS delle stesse variabili ->indicazione su risoluzione

Residuo = posizione del vertice di decadimento ricostruita

–posizione vera

(generata)

RMS = root meansquare:

È un indicatore della larghezza della

distribuzione, e dunque una stima dell'errore

sulla grandezza esaminata.


ITS attuale: struttura

Funzioni:• localizzazione dei vertici

primari e secondari• tracciamento e identificazione

di particelle6 strati:• Silicon Pixel Detector (SPD)• Silicon Drift Detector (SDD)• Silicon Strip Detector (SSD)

Due campioni di dati:Cent: con tutti e 6 i layers

Fast: senza SDD (acquisizione più veloce)


Upgrade: caratteristiche

• Obiettivi: migliorare la risoluzionenella ricostruzione dei vertici primari e secondari e le performances del tracciamento

• Struttura: 7 barrel concentrici, i primi layers più vicini alla beampipe: da 39 mm a 23 mm

• Tutti i layers hanno la stessa tecnologia: Monolithic Active PixelsSensors (MAPS)


Upgrade: caratteristiche

• Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS):• Sensore e Elettronica (analogica e

digitale) sullo stesso substrato

• Pixel di dimensioni inferiori a quelle dell'ITS attuale (100mm-> 30mm), riduzione spessore di silicio (300mm-> 50mm)

• Riduzione del material budget:• Riduzione dello scattering multiplo

• Riduzione della perdita di energia


• In fase di costruzione: posizionamento dei sensoricon una precisione di circa 100µm

• Dopo la costruzione del singolostave, si effettua un controllometrologico (con precisione ~10µm), i cui risultati vengono registrati in un database

Staves e allineamento


Procedimento di analisi

1. Statistiche provenienti da simulazioni MC: istogrammi in 2D-Ascisse: pT (momento trasverso)

-Ordinate: residui lungo le tre variabili x, y e z e media della massa invariante

2. Proiezione del numero di conteggi su ogni singolo bin di pT :-Ascisse: residuo (nelle tre variabili) o media della massa invariante-Ordinate: numero di conteggi

3. Andamento di medie e RMS in funzione di pT

pT: è il momento trasversoè la proiezione del vettore momento sul piano (x,y)


Mesoni D0 (caso Cent, ITS attuale): analisi dei risultati (x,y)

• Media dei residui: diversa da 0 per effetti di disallineamento + (a basso pT ) scattering multiplo e perdita di energia

• RMS: dell'ordine di 100-200 µm;• Minimo intorno a 3 GeV/c• La dipendenza dal pT è

determinata dalla risoluzione sulle tracce figlie (peggiore a basso pT) e dall'angolo fra le due tracce figlie (collineari ad alto pT )

Media dei residui lungo X VS pT RMS dei residui lungo X VS pT

Media dei residui lungo Y VS pT RMS dei residui lungo Y VS pT


Mesoni D0 (caso Cent, ITS attuale): analisi dei risultati (z, M inv)

• Media dei residui lungo Z: lo shift osservato è dominato dal disallineamento

• RMS: simile al caso di x e y

• Media massa invariante: differenze dal valore del ParticleData Booklet (1.864 GeV/c^2), dovute ad effetti sistematici nella ricostruzione del momento delle tracce;

• RMS massa invariante cresce al crescere del pT :le D con pT più alto avranno figlie con pT più alto, il quale viene ricostruito con risoluzione peggiore

Media dei residui lungo Z VS pT

Media della massa invariante VS pT

RMS dei residui lungo Z VS pT

RMS della massa invariante VS pT


Ruolo delle SDD: confronto "Cent" e "Fast" (x,z)

• Caso D0

• Variabili X e Y:

-SDD migliorano leggermente la risoluzione

-Rapporti fra RMS CENT/FAST minori di 1

• notevole differenza sulle risoluzioni in Z: le SDD sono il rivelatore più preciso nella ricostruzione dei vertici lungo la coordinata della beampipe (z)

Media dei residui lungo X VS pT


RMS dei residui lungo X VS pT



Confronto ITS attuale e Upgrade

• Caso D0

• Medie dei residui oscillano intorno a zero per l’upgrade:• Nelle simulazioni dell’ITS attuale si tiene conto della

posizione reale dei sensori (misalignment)

• Nelle simulazioni dell'upgrade non viene invece simulato il disallineamento residuo

• riduzione consistente del material budget -> minore scattering multiplo, perdita di energia ridotta significativamente, quindi nel caso dell'upgrade non si hanno gli effetti causati dal campo magnetico a basso pT





• Notevole miglioramento nella ricostruzione del vertice di decadimento con l’upgrade:

- cτ = 122.9 µm nel caso considerato;

- Risoluzione migliora da ~120µm a ~30µm

Quindi, la capacità di separazione dei vertici di decadimento da quelli di interazione migliora nettamente, perché si passa da una risoluzione dell'ordine di cτ ad una migliore





• Massa invariante: ricostruita con migliore precisione, tende al valore registrato nel PDB della massa del D0.

• Diversa dipendenza degli RMS della massa, dovuta a due fattori:• Precisione sul momento trasverso delle tracce

• Multiple scattering nel gas della TPC (maggiore nella simulazione dell' upgrade a causa dell’Argon nella TPC); nelle simulazioni dell'ITS attuale era stato usato Neon nella TPC, che è più leggero.

Media della massa invariante VS pT

RMS della massa invariante VS pT


Conclusioni

• La rivelazione e lo studio delle tracce delle particelle è fondamentale per la ricostruzione delle informazioni circa il QGP

• Per rendere sempre più precise le ricostruzioni, vengono migliorate via via le caratteristiche dei detector usati

• Come sperato, le nuove tecnologie usate nell'upgrade consentono di ottenere una risoluzione migliore

Grazie per l'attenzione!

Backup slides

D0 e D+: confronto nel caso "Cent" (x,y)

• Medie dei residui: stesso bias sui primi bins

• RMS: risoluzione migliore per D0 tranne che a basso pT, dovuta a due fattori:

-D+ ha tre tracce figlie, che dovrebbe dare una migliore determinazione del vertice rispetto alle due della D0

-Tuttavia le tracce figlie della D+ sono a più basso pT, che porta ad una ricostruzione peggiore

Medie dei residui lungo X VS pTRMS dei residui lungo X VS pT

Medie dei residui lungo Y VS pT RMS dei residui lungo Y VS pT


D0 e D+: confronto nel caso "Cent" (x,y)

• Lungo Z possiamo osservare le stesse caratteristiche delle altre due variabili di posizione

• Massa invariante: stesso andamento, stesso biasdella D0 sul valore di stabilizzazione rispetto al valore riportato nel PDB

Medie dei residui lungo Z VS pTRMS dei residui lungo Z VS pT

Medie della massa invariante VS pT RMS della massa invariante VS pT


Ruolo delle SDD: confronto "Cent" e "Fast" (x,y)

• Caso D0

• Variabili X e Y:

-SDD migliorano leggermente la risoluzione

-Rapporti fra RMS CENT/FAST minori di 1


Media dei residui lungo Y VS pT


RMS dei residui lungo Y VS pT


Ruolo delle SDD: confronto "Cent" e "Fast" (z,Minv)

• notevole differenza sulle risoluzioni in z:

• le SDD sono il rivelatore più preciso nella ricostruzione dei vertici lungo la coordinata della beam pipe (z)

Media dei residui lungo Z VS pT RMS dei residui lungo Z VS pT

Media della massa invariante VS pT RMS della massa invariante VS pT


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Presentazione standard di PowerPoint posizione reale dei sensori (misalignment) •Nelle simulazioni dell'upgrade non viene invece simulato il disallineamento residuo •riduzione