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

ATLAS実験Combined Testbeam 2004
におけるSCT検出器の評価
24th Mar. 2005
筑波大学中村浩二
他アトラスグループ
筑波大物理、高エ研、岡山大自然、東大素セ、京都教育
目次
Introduction
LHC ATLAS検出器
Combined TestBeam
 SCT analysis
Efficiency
The number of secondary space point
まとめ、今後
Introduction(1)
• LHC @ 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
MONT BLANC
Lac Léman
Geneva Air Port
LHCb
CMS
P
ATLAS
8.47 km
ALICE
目的
P Higgs 粒子の探索
標準理論の検証
標準理論を超える物理
の探索
Introduction(2) Tile HDLAr HEC
• ATLAS検出器
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ー
LAr EM
Muon System
カロリーメータ
LAr EM 液体アルゴンカロリーメータ (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 超前方カロリーメータ (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
Combined TestBeam
trigger
Detector
 Pixel, SCT, TRT
 LAr EM, Tile HD
 MDT, TGC, RPC
CTB の目的
 個々の検出器の基本性能測定
 ATLAS Software (ATHENA)の開発
 Combined reconstruction (offline analysis)
 MC Simulator tuning
phi0
phi1
link0
link1
ly0 ly1 ly2 ly3
Beam
SCT analysis
Single module efficiency
•
•
•
•
Combined run ID+Calos+Muon
Number of Events 35K
Beam type 100GeV p+
No Magnetic field run
Secondary space point distribution
•
•
•
•
Combined run ID+Calos+Muon
Number of Events 35K
Beam type 20,50,100 GeV eNo Magnetic field run
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 .
Reduced Chi-square
Y axis : ly1
c2 = 3
Reference track
Select events with single space point in
each of ly0, ly2, ly3.
The above 3 space points were fitted to
a straight track.
Z axis : ly1
ly0 ly1 ly2 ly3
c2 = 3
Select tracks with c2 less than 3.
Removing masked channels on ly1
Resolution (readout pitch / √24) : y axis 16 mm z axis 580 mm (stereo angle 40 mrad)
 Single module efficiency
 ly1 residual distributions
 Data
Y axis : ly1
+-RO pitch(80um)
Z axis : ly1
 Both y and z residuals must be
within the threshold
2.5 RO pitches
+-RO pitch(2000um)
99.7% +- 0.1%
 Simulation
Y axis : ly1
Z axis : ly1
2 RO pitches
97.2% +0.4%
 Data
# of events
 ly1 : The number of Space Points
0 hit events
~0.2 %
 Simulation
# of events
# of space points on ly1
0 hit events
~2.6 %
# of space points on ly1
 The number of space points : electron run
Select events with 3
single space point in
each layer of pixel,
ly0-ly2, and single
space point in ly0 of
SCT.
20 GeV
ly1
ly2
ly3
50 GeV
ly1
ly2
ly3
100 GeV
ly1
ly2
ly3
ly0 ly1 ly2 ly3
ly0 ly1 ly2
Select tracks with c2
less than 3.
data
MC
Secondary track finding
-> TRT is not calibrated yet
まとめ
 Single module efficiency
 Ly1のmodule efficiency (threshold 1fc) は、 99.7±0.2%となった。
 MC simulation では、Efficiency 97.2±0.3% で、tuning が必要。
 The number of secondary space points
 MC とdata の一致は全般的に良い。
 tail 分布の詳細な比較が必要。
 今後
 InnerDetector でのinteraction を、MC とData で比較する。
 Electron (2-180GeV)
 Pion (2-180GeV)
 物質量(Al 1 cm)の効果
Back up…
Read Out の方法
Space Point の求め方
(Barrel module)
40m rad
Position Resolution
Y axis : 16 mm
Z axis : 580 mm
Beam Angle と Residual 分布
Beam Angle が小さいとき
Beam Angle が大きいとき
Digital 読み出し Si センサーの分解能
y y0+a
y
40m rad
A
y0+a/2
y0
y0 - a/2
y0 - a
片面読み出しの場合。
両面読み出しの場合。
のストリップから読み出される
範囲は点線の間に Hit したもののみ。
の２本のストリップがなり、から読み
出される範囲は
にHit したもののみ。
一般的に、分解能 σは、
線分AB=bと置くと、
a
2
a
y0 
2
 
2
y0 
( y  y0 ) P( y)dx　（＊）
2
ただし、P(y)は、probability function
ab
y0  y  b
2
P( y ) 
ab
2
これを（＊）式に代入すると、
とかける。
片面読み出しのとき P(y)=1/aで一定より。

a
12
a

24
よって、両面読み出しは、片面読み出しに対
1
して分解能が
倍になる。
2
桑野太郎、中村雄一、原和彦、近藤敬比古^A^、池上陽一^A^、氏家宣彦^A^、海
野義信^A^、高力孝^A^、田中礼三郎^B^、内藤大輔^B^、上田郁夫1^C^、高嶋隆
一^D^、他アトラスグループ
X=0
筑波大物理、高エ研^A^、岡山大自然^B^、東大素セ^C^、京都教育^D^
[mm]
330
1042
364
139
pixel
175
SCT
TRT
Magnet
Hit Map & Front View
link0
link1
link0
phi0
link1
link0
link1
ly0 ly1 ly2 ly3
phi1
ly0→
ly0
ly1
ly2
ly3
ly1→
ly2→
ly3→
Alignment
～in SCT～
 Algorithm
Y axis : ly1
Select events with single space
point in each layer, ly0-ly3.
Define reference tracks using
the hits in ly0 and ly3.
ly0 ly1 ly2 ly3
Y axis : ly2
Make residual distributions for
ly1 and ly2.
Align ly1 and ly2 modules so that
the mean values of distributions
are zero .
Residuals to 4-hit tracks (ly0-ly3)
Before Alignment
After Alignment
Y axis : ly0
Y axis : ly1
Y axis : ly0
RMS=15.7mm
Y axis : ly2
Y axis : ly3
Y axis : ly2
RMS=21.2mm
Z axis : ly0
Z axis : ly0
Z axis : ly0
RMS=509mm
Z axis : ly0
Z axis : ly0
Z axis : ly0
RMS=731mm
Y axis : ly1
RMS=22.1mm
Y axis : ly3
RMS=15.2mm
Z axis : ly0
RMS=737mm
Z axis : ly0
RMS=510mm
Resolution (strip pitch / √24) : y axis 16 mm z axis 580 mm
 Remove Masked channels
phi0
link0
link1
ly0 ly1 ly2 ly3
phi1
Histogramme
ly i hit strip # -
ly 1 hit strip #
(i=
0,1,2,3)
to see correlations of hit
channels wrt ly1
Remove events if
Ly0 hit is within 5 chs
Ly2 hit is within 3 chs
wrt to the known masked channels
(2 in link0, 2 in link1 are critical
dead channels)
Using ATLAS public alignment constants
By Sergio González Sevilla
SCT module residual
2.5 readout pitches
99.7% +- 0.2%
 c2 minimization method for 6 free parameters
Data v.s. CTB Simulation
DATA
run 2102353 100GeV Pion
Simulation
2.5 readout pitches
99.7% +- 0.2%
2 readout pitches
97.2 % +- 0.3%
Combined TestBeam 2004
Combined Test Beam
beam line : SPS H8
Period
: 2004 March - November
(SCT Data Flow : 9th Oct – 12th Nov)
Detector : The complete barrel slice of Atlas Detector
CTB の目的
 個々の検出器の基本性能測定
Alignment ,Detector efficiency…
Energy Linearity, resolution, e/h …
 Combined performance (offline analysis)
Trigger(L1, L2) DAQ DCS, Combined reconstruction
PID (m/p separation, e/p separation)
 Simulator (ATHENA) tuning
Geometry check, Condition Data Base, performance…

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