Test des optischen Alignierungssystems des ATLAS

Myonspektrometers

Susanne Mohrdieck-Möckfür die ATLAS Myonkollaboration

Max-Planck-Institut für Physik, München

Frühjahrstagung der DPG 2004, Mainz

Das ATLAS-MyonspektrometerATLAS am LHC: Mehrzweckdetektor zur Suche von Higgs und neuer Physik (14TeV)

Myon Spektrometer:

• toroidales Magnetfeld: <B> = 0.4 T hohe pt-Auflösung für µ von 10-1000GeV unabhängig vom Polarwinkel

• großer Hebelarm wegen hoher ‚stand-alone‘ Genauigkeit 24m x 48m

• Luftspulen zur Minimierung der Vielfachstreuung

• 3 Kammerlagen:- zylindersymmetrisch im Zentralbereich- scheibenförmig in den Endkappen

• Abdeckung: || < 2.7

Kammertechnologien:• schnelle Triggerkammern: TGC, RPC• hochauflösende Spur- detektoren: MDT, CSC

MDT-Kammern in ATLAS• 2 Multilagen an Haltevorrichtung (Spacer)

• je Multilage: 3 Driftrohrlagen in äußeren Kammerlagen von ATLAS4 Driftrohrlagen in innerster Kammerlage

• rechteckig im Zentralbereich trapezförmig in den Endkappen

• Länge: 1 – 6 m, Breite: 1 – 2 m

• optisches System zur Überwachung der Kammerverformung

• Gas: Ar:CO2 (93:7), 3 Bar

Zentralbereich

Endkappen

Anforderungen

Ziel: hohe unabhängige µ-Impuls Auflösung von 2-10% !

Kammerauflösung: 50 µm Monitoring der hohen mechanischen Genauigkeit während der Produktion

ausgefeiltes optisches Alignierungs-system zur Beobachtung von Kammerverformungen und Kammer-verschiebungen (etwa 5300 optische Sensoren)

bei 1TeV: = 10% Sagitta = 500 µm

Teststrahl 2002-2004

axial

projectiv

Das Alignierungssystem Zentralbereich

CCD

Linse

Maske

• projektives System zwischen den drei Kammerlagen– basiert auf der RASNIK Technologie – projektiv: Verlängerung der optischen Linien zeigt auf WW-punkt– 4 Linien, je eine in jeder Ecke eines Turms– Korrektur auf Spursagitta mit 30 m Genauigkeit– Präzision der Alignierung

• axiales System zwischen benach- barten Kammern einer Lage

– basiert auf der RASNIK Technologie – ermöglicht Verschmelzung zweier benachbarter Kammern zu einer Einheit (verwendet im projektiven System)

verringert Anzahl der projektiven Linien

• Kammerverformungen mit RASNIK-System

azimutal

pseudo-projectiv

Balken

• azimutale Sensoren zwischen benachbarten Kammern sowie zwischen Kammern und Balken

Überwachung der Kammerpositionen im Balkengitter

• Balken- und Kammerverformungen mit RASNIKs

Das AlignierungssystemEndkappen

• System mit minimaler Anzahl an pseudo-projektiven Linien zwischen Hilfsbalken (Alignmentbars)

– Balken radial in Kammerlage angeordnet– Verwendung von BCAMs und RASNIKs– projektive Monitore – azimutale Sensoren zwischen Balken einer Lage

relative Position der Balken zueinander

Systemtest am CERN (in H8)

Endkappenbereich

Zentralbereich

Test eines vollständigen Sektors für Zentralbereich und Endkappenim Myonstrahl am CERN

25m

µ

Zentralbereich:- je 2 MDTs der inneren, mittleren und äußeren Lage- mittlere + äußere Lage mit RPCs ausgestattet

Endkappen:- je 2 MDTs der inneren, mittleren und äußeren Lage- TGCs implementiert

• kontrollierte Verschiebungen und Drehungen einer Kammer Vgl. von Spurrekonstruktion und optischem Alignierungssystem

• Test der Präzision

• Kalibrierung des Alignierungssystems mit geraden Spuren

Test des Systems - Strategieim Vgl. zu einem Referenzdatensatz ohne Verschiebungen/Drehungen:(relative Alignierung)

• Bestimmung der Kammerpositionen mit dem optischen Alignierungssystems

• Bestimmung von Spursegmenten in den Kammerlagen und Berechnung der Sagitta mit und ohne Korrekturen aus dem Alignierungssystems

• Berechnung der Präzision aus dem RMS der mittleren korrigierten Sagittawerte

äußere Kammern

mittlere Kammern

innere Kammern

Sagit

ta n

ach

Alig

nm

entk

orr

ekt

ur

[µm

]

Verschiebung [µm]

MPI/Saclay

Verschiebung der Kammer

Sagitta [µm]

Verschiebung [µm]

Sagit

ta [

µm

]Relative Alignierung (I)

Zentralbereich

• Korrelation zwischen Sagitta und gezielter relativer Verschiebung

• Korrektur der Kammerposition mit dem Alignierungssystem stabile Sagitta mit RMS < 20µm

Relative Alignierung (II) Zentralbereich

„Rotation“ um die Strahlachse [µm]

Anhebung der Kammer an Aufhängung

MPI/Saclay

Rotation um die Rohrachse [mrad]Sagit

ta [

µm

]

Rotation der Kammer

• Sagitta stabil nach Korrektur der Kammerposition mit dem Alignierungssystem

• RMS < 20µm Alignierungssystem im Zentralbereich funktioniert

Sagit

ta [

µm

]

Relative Alignierung (III) Endkappen

SagittaAlignierungssystem - SagittaSpur

RMS < 20µm

Endkappen-Alignierungssystem sagt Spursagitta vorher

CERN/Michigan

Kalibrierung mit geraden Spuren

Präzision der absoluten Alignierung durch Sensorpositionierung beschränkt Verbesserung der Präzision durch Kalibrierung mit geraden Spuren

Ziel: Bestimmung des Beitrags SFehlposi. der Fehlpositionierung der optischen Sensoren in der gemessenen Spursagitta

Vorgehen: • Teilchenspuren = gerade Linien ( ohne Magnetfeld )

• gemessene Spursagitta Ssp = Smis.align. + SVielfach.

• vom optischen System Sop= Smis.align. + SFehlposi.

• Residuum: Sres = Ssp – Sop = SFehlposi. + SVielfach.

SFehlposi. c00 + c10•tan() + c01•tan() + c11•tan()•tan() + c02•tan2() cij definiert durch die Fehler auf den extrahierten Kammerpositionen

stochastisch, Vielfachstreuung

im Mittel 0

systematischer Bias in den rekonstruierten Kammerpositionen und in der Spursagitta

mit ausreichender Statistik im gesamten - Bereich

Extraktion von SFehlposi. durch Fit von Sres möglich

Studien zur KalibrierungAnalyse-Strategie:

• Verwendung von Teststrahldaten im Zentralbereich - Abdeckung in durch Variation des Strahls mit Magneten - in nur Strahldivergenz, keine Variation möglich• Verwendung der Alignierungskorrekturen auf die Kammerpositionen

• Betrachtung der Sagitta = SFehlposi. als Funktion von und

nächste Schritte:• Untersuchung der -Abhängigkeit

• Parametrisierung der Sagittaänderung mit und

[mrad]

Sagit

ta [

mm

]

MPI/Saclay

Zusammenfassung und Ausblick

• komplexes Alignierungssystem des ATLAS Myonspektrometers

• Test im Myonstrahl am CERN

• Ergebnisse im Zentralbereich: • Alignierungssystem reproduziert relative Verschiebung und Drehungen mit 20m Genauigkeit auf der Spursagitta

• in den Endkappen:• Alignierungssystem reproduziert relative Verschiebung mit 20m Genauigkeit

• absolute Alignierung

• Untersuchung der Verbesserung der Genauigkeit durch Kalibrierung mit geraden Spuren begonnen

Red Alignment System of NIKHEF – RASNIK:

BCAM - Boston CCD Angular Monitor: