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

ATLAS 実験 Combined Testbeam 2004 における SCT 検出器の評価. 目次. 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. 筑波大物理 中村浩二. MONT BLANC. Lac Léman. P. Geneva Air Port. LHCb. P. CMS. ATLAS. ALICE. 8.47 km. LHC 加速器 @ CERN. 2007 年開始予定

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

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Presentation Transcript


  1. ATLAS実験Combined Testbeam 2004におけるSCT検出器の評価 目次 • 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 筑波大物理 中村浩二

  2. MONT BLANC Lac Léman P Geneva Air Port LHCb P CMS ATLAS ALICE 8.47 km LHC加速器 @ CERN 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

  3. ATLAS検出器 LAr HEC Tile HD LAr FCal • 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 LAr EM Muon System • 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

  4. Combined TestBeam 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。 • セットアップ • CTB の目的 • 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 Beam

  5. Beamトリガー • 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。 SCT検出器のHit

  6. 内部飛跡検出器 ly0 ly1 ly2 ly3 ly0 ly1 ly2 phi0 • 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。 link0 link1 phi0 phi1 phi1 前方SCTモジュール Magnet B field TRT pixel SCT ストリップ間隔 : 80 mm ステレオ角 : 40 mrad 位置分解能 : Rf 16 mm Z 580 mm

  7. CTB ly0 ly1 ly2 ly3 SCTモジュールの検出効率 I • 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 のように定義した。 k k 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。

  8. CTB ly0 ly1 ly2 ly3 SCTモジュールの検出効率 II • 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。

  9. CTB 内部飛跡検出器を用いた運動量分解能 • Event selection • 結果 Data 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。 • 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 Errorは、統計誤差のみ考慮した。 一般に運動量の分解能を表す式は、 曲率に比例する量: は二乗和の平方根を表す。 Simulation 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)。 Errorは、統計誤差のみ考慮した。

  10. CTB 光子ビームを用いた物質量測定 I • 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-)。 • 光子ビーム • 180GeV/c の電子ビームを用いた。 • 200μm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。 対生成確率Pg≡N0/Nconv

  11. 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) Data Simulation 対生成確率 物質量 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 銅箔 Pixel SCT 曲率半径ρ=E1/0.3B E1 TRT E2 B field 曲率半径ρ=E2/0.3B

  12. 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。

  13. Backup

  14. ly0 ly1 ly2 ly3 • Efficiency – definition of reference tracks • 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 Reduced Chi-square Y axis : ly1 c2 = 3 • 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 c2 less than 3. • Removing masked channels on ly1 Z axis : ly1 c2 = 3 Resolution (readout pitch / √24) : y axis 16 mm z axis 580 mm (stereo angle 40 mrad)

  15. Single module efficiency • ly1 residual distributions • Data • Simulation Y axis : ly1 Z axis : ly1 0 hit events ~0.2 % +-RO pitch(80um) +-RO pitch(2000um) Y axis : ly1 Z axis : ly1 0 hit events ~0.4 %

  16. CTB ly0 ly1 ly2 ly3 SCTモジュールの検出効率 II • 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。

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