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Cristina de la Guía David Crespo

Medida de las Eficiencias Relativas y Monitorización de las Ganancias de los Fotomultiplicadores del Detector RICH de AMS-02. Cristina de la Guía David Crespo. OBJETIVOS CIENTÍFICOS AMS:. Estudio de la naturaleza y composición de los RC

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  1. Medida de las Eficiencias Relativas y Monitorización de las Ganancias de los Fotomultiplicadores del Detector RICH de AMS-02 Cristina de la Guía David Crespo

  2. OBJETIVOS CIENTÍFICOS AMS: • Estudio de la naturaleza y composición de los RC • Estudio de la abundancia relativa de los isótopos de núcleos ligeros • Búsqueda de Antimateria • Búsqueda deMateria Oscura • Estudios deAstrofísica Medidas múltiples e independientes son requeridas: • Medidas |Z| con: Tracker, RICH, TOF. • Momento y Signo de carga Z medido en tracker (8 puntos). • Velocidad b medida en TOF, RICH. • Separación Hadrón/electrón en TRD, ECAL

  3. EL RICH DE AMS-02 60 cm 46.8 cm 67 cm Objetivo: Medida de la velocidad  con una precisión ~0.1%/Z y de la carga hasta Z=26 RICH (Ring Imaging Cherenkov) Radiador: aerogel de sílice (n=1.05) y NaF (n=1.334). Plano de detección: conjunto de 680 fotomultiplicadores Hamamatsu R7600-00-M16 (4x4 píxeles/canales). Reflector: capa reflectiva de 100 nm de aluminio y 300 nm de SiO2. Reflectividad del 85% a =420 nm

  4. Cálculo de Z Nexp (Z=1) sstat ssys • sstat • ssys: ~1%-2%. Contribuyen distintas incertidumbres • MedimosEficiencias • Calibramos/ monitorizamos Ganancias

  5. MEDIDA DE LAS EFICIENCIAS RELATIVAS DE LOS FOTOMULTIPLICADORES DEL RICH DE AMS-02

  6. Objetivo Principal: • Medida de la eficiencia relativa para la detección de luz de cada fotomultiplicador del plano de detección. • Estudiar viabilidad del método con un módulo principal del plano de detección. Procedimiento:Iluminamos con la misma cantidad de luz a todos los PMT y calculamos la luz detectada por los PMT

  7. HV Fuente de alto voltaje REJILLA_G

  8. Obtención de la Eficiencia: • Rango de fotón único. • Cálculo del número medio de fotoelectrones por canal.

  9. Cálculo de la Eficiencia Obtención del número medio de fotoelectrones ( m ) Estadística de Poisson: Pr = ( e-mmr ) / r! P0 = ( e-m ) ; P0= N sucesos pedestal/ Ntot sucesos; Estimador: Si=1,16 mi Metodología: Cuatro dispositivos que iluminan siempre los 16 canales con la misma cantidad de luz.

  10. Repetibilidad de la medida de la luz proporcionada por cada dispositivo. Es capaz de repetir la medida mejor que el 2%. Eficiencias Relativas RMS:5.8% Estabilidad Temporal <1% Dispersión del número medio de fotoelectrones en diferentes momentos Repetibilidad

  11. Eficiencias Relativas de Detección para el plano de detección del RICH • Plano de detección es uniforme dentro del 5-6 % • Las medidas han sido incorporadas a la base de datos.

  12. MONITORIZACIÓN DE LAS GANANCIAS DE LOS FOTOMULTIPLICADORES DEL RICH DE AMS-02

  13. MOTIVACIÓN Plano de detección Detección de los anillos Cherenkov Reconstrucción de la velocidad y de la carga Fotomultiplicadores Variación de la ganancia Factores ambientales: variación de la temperatura (entre -20 ºC y +30 ºC => -0.4%/ ºC en ganancia Vibración despegue: puede afectar a la geometría dínodos. Largo plazo: envejecimiento fotomultiplicadores. Incertidumbre en Determinación de la Carga • Conocer la ganancia de los canales con una precisión mejor que el 10% No existe un sistema de calibración independiente para el RICH en vuelo Se necesita desarrollar un sistema de monitorización y calibración utilizando los sucesos registrados

  14. MONITORIZACIÓN (caso nominal) • Simulación de protones para un tiempo de toma de datos equivalente a 1 órbita (90 minutos). • Reconstrucción de las variables físicas asociadas al RICH (velocidad y carga.) • Selección de sucesos (criterio geométrico, de calidad y de señal). • Selección de señales en el intervalo [0.25 , 1.75] fotoelectrones. Señales seleccionadas 85% Media = 1 Anchura = 0.03 (precisión en la determinación de la ganancia)

  15. MONITORIZACIÓN (caso realista) • Simulación de sucesos con ganancias modificadas para 90 minutos (variación realista) • Reconstrucción de la velocidad y carga a partir de las ganancias nominales. • Selección de sucesos (criterio geométrico, de calidad y de señal). • Selección de señales en el intervalo [0.25 , 1.75] fotoelectrones. Ganancias reajustadas (1ª aproxima.) Media = 1 Anchura = 0.064 Carga media ≡ Factor de corrección Gan. reajus. = Factor de correción x Gan. nominal

  16. CALIBRACIÓN (método iterativo) • Sesgo tiende a 0 • Precisión: 2.3 veces peor en 1 órbita (amplificación estadística).

  17. MÉTODO ITERATIVO (3 órbitas) • sesta: error estadístico • ssist: error sistemático del algoritmo • La precisión sigue un comportamiento puramente estadístico (3.8% para 270min) • El error sistemático es consistente con 0 Se necesita acumular estadística durante 5 órbitas para recuperar la precisión inicial.

  18. PROCEDIMIENTO GENERAL DE GALIBRACIÓN No se aplica la calibración Sí se aplica la calibración

  19. CONCLUSIONES

  20. Medida de las eficiencias relativas • Se ha determinado la eficiencia relativa de detección de los fotomultiplicadores del RICH. • La precisión de las medidas obtenidas está dentro del 2%, por lo que no se espera una contribución significativa a la incertidumbre en la medida de la carga. • Se ha probado la viabilidad del método con una rejilla y ha sido aplicado al resto del plano de detección. • Las medidas obtenidas para todo el plano de detección son uniformes dentro del 6%.

  21. Monitorización de las ganancias • Se ha desarrollado un método de monitorización y calibración de las ganancias de los fotomultiplica-dores utilizando los sucesos registrados. • El algoritmo propuesto proporciona una determi-nación de las ganancias de los canales individuales con una precisión del 3%. • La monitorización de la respuesta de los canales individuales se realiza utilizando la muestra acu-mulada a lo largo de 1 órbita (90 min). • La identificación y calibración de canales con variaciones significativas de ganancia requiere la muestra equivalente a 5 órbitas.

  22. OTRAS DIAPOSITIVAS

  23. Detección de  Conversión  : Detección de pares e+e- en el Tracker Calorimetro : Diploma Estudios Avanzados Cristina De La Guía, CIEMAT 23

  24. TRD(Detector radiación de transición ) Separación e± de p < 10-2-10-3 en 10-300 GeV Star Tracker Mide orientación de AMS en espacio ToF(Tiempo de Vuelo) 1º y 2º plano Velocidad v, dE/dX, fast trigger Imán Superconductor( 0.86 T) ACC veta partículas que entran de abajo a arriba Tracker de Silicio 8 x-y planos con resolución 10/30m, dE/dX determinación de P y carga ToF 3º y 4º plano RICH(Ring Imaging Cerenkov Counter) Precisión en medida - separación isótopos, Z ECAL(Calorímetro Electromagnético) Separación e± de p < 10-3-10-4 Peso Total:~ 6 tons; Poder Consumición:~2 kW. 24

  25. Características: • Mínima cantidad de materia que atraviese hasta ECAL • Larga duración (3 años). Aceptancia de 0.5 m2 sr. Alta estadística • Medida velocidad / = 0.1 % distinguir: 9Be,10Be, 3He,4He isótopos. • Rigidez R= pc/|Z|e (GV) de 0.5 TV y • Factor de Identificación Antihelio/Helio 10-10 Medidas múltiples e independientes son requeridas: • Medidas |Z| con: Tracker, RICH, TOF. • Signo de carga Z medido en tracker (8 puntos). • Velocidad  medida en TOF, RICH. • Separación Hadrón/electrón en TRD, ECAL Diploma Estudios Avanzados Cristina De La Guía, CIEMAT 25

  26. Diseño: • Estudio señales en intensos ruidos (backgrounds) • Reducir cantidad de material atravesado • Repetidas medidas de la carga y velocidad • Condiciones Operacionales en Shuttle y en ISS •  niveles radiación y condiciones vacío •  : -60º y 40º • Vibraciones • cambios aceleración • masa < 6T • Consumir < 2 KW Diploma Estudios Avanzados Cristina De La Guía, CIEMAT 26

  27. ESTIMACIÓN DE LA INCERTIDUMBRE PMT A PMT Fabricante (Hamamatsu) nos da valores eficiencia cuántica con una dispersión: sPM= 7.8% Existen otros factores que influyen en la eficiencia de detección: • Eficiencia guías ópticas • Contacto óptico Nesp=7 sstat=0.21 sPM= 7% • Es necesario medir la eficiencia de detección PMT a PMT. Necesitamos: sPM<5% Zmax=19

  28. Repetibilidad de la medida de la luz proporcionada por cada dispositivo. Es capaz de repetir la medida mejor que el 2%. Estabilidad/repetibilidad: Dispersión del número medio de fotoelectrones en diferentes momentos <1% Medidas eficiencias tomadas por un dispositivo RMS 4.5%

  29. Cálculo de Z sStat sSys • sspe : resolución del PMT, para detectar un sólo fotoelectrón; es ~50%. • sNEXP : incertidumbre sistemática que afecta a todo el anillo detectado; es ~1%-2%. • Incertidumbres a nivel del canal: sCH; es < 10% Calibración ganancias • Incertidumbres a nivel del PMT: sPM Medida Eficiencias

  30. Obtención de los Estimadores: • Rango de fotón único. • Cálculo del número medio de fotoelectrones por canal.

  31. Cálculo de los Estimadores Obtención del número medio de fotoelectrones ( m ) Estadística de Poisson: Pr = ( e-mmr ) / r! P0 = ( e-m ) ; P0= N sucesos pedestal/ Ntot sucesos; Estimador: Si=1,16 mi Metodología: Un dispositivo que ilumina siempre los 16 canales con la misma cantidad de luz. Tenemos 4 dispositivos de medida 4 análisis independientes

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