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ATLAS 実験ホールにおける μ 粒子検出器統合試運転

ATLAS 実験ホールにおける μ 粒子検出器統合試運転. 高橋 悠太 ( 名古屋大学大学院 理学研究科 ) 戸本誠 , 杉本拓也 , 奥村恭幸 , 長谷川慧 , 佐々木修 A ，安芳次 A ，池野正弘 A ，坂本宏 B ，川本辰男 B ，石野雅也 B ，久保田隆至 B ，平山翔 B ，金賀史彦 B ，結束晃平 B ，蔵重久弥 C ，松下崇 C ，門坂拓哉 C ，丹羽正 C ，中塚洋輝 C ，早川俊 C ，長谷川庸司 D ，福永力 E ，菅谷頼仁 F ，他 ATLAS 日本 TGC グループ

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ATLAS 実験ホールにおける μ 粒子検出器統合試運転

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  1. ATLAS実験ホールにおけるμ粒子検出器統合試運転ATLAS実験ホールにおけるμ粒子検出器統合試運転 高橋 悠太(名古屋大学大学院 理学研究科) 戸本誠, 杉本拓也, 奥村恭幸, 長谷川慧, 佐々木修A，安芳次A，池野正弘A，坂本宏B，川本辰男B，石野雅也B，久保田隆至B，平山翔B，金賀史彦B，結束晃平B，蔵重久弥C，松下崇C，門坂拓哉C，丹羽正C，中塚洋輝C，早川俊C，長谷川庸司D，福永力E，菅谷頼仁F，他ATLAS日本TGCグループ 名大理，KEKA，東大素セB，神戸大自然C，信州大理D，首都大理工E，阪大理F

  2. イントロダクション(1) T=25ns √S = 14TeV • Higgs > CERN-ATLAS > TGC • TGC (Thin Gap Chamber) • Pt > 6GeV/c の m粒子発生事象を選択的にトリガー (40MHz  75kHz) • 3 wheels(3+2+2=7 layers)で構成 • MWPC 3408 枚 から構成 • 読出チャンネル : 320k • 動作領域 :6000m2 • 地下実装完了(～2007.9)動作検証期 • ATLAS検出器への統合に成功 • 地下において4回の試運転を実施 • 動作検証を行った f22m p p 44m • ガス増幅率　106 • 限定的比例領域 • タイムジッター< 25ns • CO2 + n-pentane 25m f TGC1 wheel L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 μ R Troidal magnet TGC1 TGC2 TGC3 IP

  3. イントロダクション(2) • 　セットアップ A C Final setup C TGC1 only • 　データ取得環境 C09 / C10 / C11 A09/ A10 / A11 μ TGC1 TGC2 TGC3 2/3 coin A μ 2/2 coin L4 L5 L6 L7 L2 L1 L3

  4. 動作検証項目 TGC の動作 “検出器” の動作 “トリガー回路系の動作 ① 欠損チャンネル 宇宙線ヒット分布を取得、検証 ② トリガー論理の動作検証 ヒット多重度 トリガーレイヤーにおけるヒットチャンネル差分 ③ 検出効率 CO2 100%, HV2.8kVで評価 過去の実験結果との整合性確認  中塚氏の発表 これら項目について動作検証し、動作領域拡張を行うことが必要

  5. ①欠損チャンネル • 　宇宙線ヒット分布から欠損チャンネルを把握 Wire T9 T8 T7 T6 T5 strip Wire ch T2 T9 T7 T8 T5 T6 Strip T7 T6 T9 T8 T5 Wire イベント数 イベント数 Strip ch 地下でのデータ 取得環境を確立 宇宙線でデータ収集 欠損チャンネルの検証

  6. ①欠損チャンネル • 欠損チャンネルの検証 OK 0.07% # of event 実装前 チャンネル T5 T6 T7 T8 T9 　　　後 実装前 　　　後

  7. ②トリガー論理の動作検証 A09/ A10 / A11 C09 / C10 / C11 • ヒット多重度分布 • ヒット多重度 = ヒット数 / 1 triggered event • どちらもヒット数2から立ち上がるべき A C TGC1 2/3 L4 & L7 2/2 L1 L2 L3 2/2 coincidence セクター 2/3 coincidence セクター L4 L5 L6 L7 ヒット数 ヒット数 どちらも、ヒット数 ≥ 2から立ち上がり  設計通りの動作

  8. ②トリガー論理の動作検証 A09/ A10 / A11 C09 / C10 / C11 • トリガーレイヤーのヒットチャンネル差分 • トリガー論理が要請するトリガー発行条件 A C 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 … … … … Δch <= 1 Δch <= 4 IP … … … … … … … … … … … … TGC1 2/3 L4 & L7 2/2 … … … … 300 300 430 430 L1 L2 L3 L4 & L7トリガー Δch(L4-L7) TGC1トリガー 　Δch(L1-L3) Δch <= 1 Δch <= |4| L4 L5 L6 L7 どちらも、期待されるチャンネル差分を示す  設計通りの動作

  9. ③検出効率 A09/ A10 / A11 C09 / C10 / C11 • 検出効率の評価 •  L1 & L2 & L3 / L1 & L3 •  L4 & L5 & L7 / L4 & L7 A C ? μ L1 L2 L3 μ ? L4 L5 L6 L7 10% 程度(CO2 100%, HV2.8kV, Vth = 100mV)

  10. ③検出効率 • 　過去の実験結果との整合性 • 現在のデータ取得環境 • HV ： 2800V • ガス ： CO2 100% • 閾値電圧 ： 100mV • 現環境と等価な環境： • 2.8kV, CO2 100% • = 2.55kV, CO2 + n-pentane • Vth=100mV時の検出効率 • ~10 % Consistent !

  11. Summary • TGCは構築段階(～2007.9)から、動作検証段階へ移行 • これまでに6セクターの運転に成功 • 本実験同様のセットアップ、かつ、ATLAS検出器に統合した状態で、宇宙線による動作検証に初めて成功 • 欠損チャンネル • 現在0.07%、今後、対処可能なところに修復を施す • トリガー論理の動作検証 • ヒット多重度 ≥ 2 に分布 • トリガーレイヤのヒットチャンネル差分は設計通り • 検出効率 • 約10%程度 ( CO2 100%, HV2.8kV ) • 過去の実験結果から予想される値と、ほぼ一致 • 現在、動作領域拡張とともに、動作検証を進めている 実験開始直前期におけるTGCの動作検証に成功 2008.8月からの実験開始に備える

  12. backup

  13. ③動作検証 • TGC2 & TGC3を用いた検出効率 = L4 & L5 & L7 / L4 & L7 Δch = 8 ? ～7% Layer 4 5 6 7

  14. ①欠損チャンネル • 　新しく発見した欠損チャンネル # of event T5 T6 T7 T8 T9 地上 地下 wire channel  地上から地下への輸送過程で生じたと考えられる • 36ch / 50k • に欠損を発見 0.07% 修復予定

  15. 欠損チャンネルが生じる場所 チェンバー側 ASDボード(シールドなし) ASDボード(シールドあり) テストパルス(ASD以降のテスト)では見えない チェンバーからASDのコネクタ部のどこかで断線 2. テストパルスでも見えている ASD以降の問題

  16. C10の検出効率の低さ チェンバー単位での検出効率 C10セクターが、全体的に低い傾向にある Gas or 電源系統だと考えられるが、現在検討中

  17. L4 L5 L6 L7 L4 L5 L6 L7 ~4cm ~2cm ~50cm 2.6cm TGC3 Trigger(layer 6/7 Coincidence) TGC2/3 Trigger(layer 4/7 Coincidence)

  18. 標高差の補正 印加電圧 v.s. 検出電荷量 標高差の補正： KEK(32m), CERN(421m) 印加電圧 v.s. 検出効率 (CO2 + n-pentane) 2.9kV(KEK) = 2.8kV(CERN) 検出効率10%は現環境下で妥当  本番2.9kV印加時で100%可能

  19. Some figures

  20. 動作検証(3) 検出効率 • 検出効率 ( L2 ) = #(L1& L2 & L3) / #(L1 & L3) μ Dch(L1-L3) ? ? L1&L3でトリガーがかかった事象 Δch L1 L2 L3 L1&L2&L3にヒットがあった事象 L2 L1 L3 ※Δch(L1-L3)=0,1のみ 論理的にトリガー可能 黒に対する赤のヒストグラムで検出効率を算出  約10%

  21. 使用チェンバー

  22. TGCの内部構造

  23. SLBバッファの読み出し • 3 neighboring BC data was taken from SLB buffer •  previous, current, next トリガー SLB Buffer next current previous Read out

  24. TGCの配置

  25. μ粒子トリガーの威力

  26. 宇宙線のトリガーレート 上空から見た有効面積は 2.5cm * 10m = 2.5m^2 Δch μ

  27. 閾値電圧適正化

  28. ウインドウサイズ 5~20cm程度

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