atlas 実験 宇宙線テストにおける シリコン飛跡検出器の検出効率の評価
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ATLAS 実験 宇宙線テストにおける シリコン飛跡検出器の検出効率の評価. 筑波大学 数理物質科学研究科 永井 義一 原和彦,井上孝紀,美馬覚 A ,田中礼三郎 A , 内藤大輔 A ,近藤敬比古 B ,海野義信 B , 池上陽一 B ,高力孝 B ,寺田進 B ,高嶋隆一 C , 山下良樹 C ,上田郁夫 D ,花垣和則 E , 他アトラス SCT グループ 筑波大物理,岡山大自然 A ,高エ研 B , 京都教育大 C ,東大素 D ,阪大 E. 2007 年 3 月 27 日 日本物理学会@首都大学東京. 目次. 序論 ATLAS 検出器 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
ATLAS 実験 宇宙線テストにおけるシリコン飛跡検出器の検出効率の評価
筑波大学 数理物質科学研究科永井 義一
原和彦,井上孝紀,美馬覚 A ,田中礼三郎 A ,内藤大輔 A ,近藤敬比古 B ,海野義信 B ,
池上陽一 B ,高力孝 B ,寺田進 B ,高嶋隆一C ,
山下良樹 C ,上田郁夫 D ,花垣和則 E ,他アトラス SCT グループ
筑波大物理,岡山大自然 A ,高エ研 B ,京都教育大 C ,東大素 D ,阪大 E
2007 年 3 月 27 日 日本物理学会@首都大学東京
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目次 序論
• ATLAS 検出器• SCT バレルシリコン検出器• 宇宙線テストの概要
SCT バレルシリコン検出器の性能評価• 宇宙線イベントの再構成• SCT 検出器の位置補正• SCT 検出器の検出効率
結論と今後の予定
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ATLAS 検出器 (A Toroidal LHC ApparatuS)
重量 : 7000 トン
飛跡検出器 :
カロリメータ :
2.5
4.9
μ 粒子検出器
内部飛跡検出器
カロリメータ
マグネットシステム
• 内部飛跡検出器 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• カロリメータ• μ 粒子検出器• マグネットシステム
ln tan2
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SCT バレルシリコン検出器SCT バレルモジュールの特徴 2 次元的な位置測定
シリコンセンサー( 6cm×6cm )を表裏 2枚ずつ、ステレオ角 40mrad で張り合わせることにより、単独モジュールで 2 次元的な位置測定が可能 位置分解能
ストリップ間隔は 80μm 、 SCT モジュール片面での位置分解能は 23μm
768 strips
SCT バレルシリコン検出器
シリンダー 4 層、 SCT バレルモジュール2112 枚から構成される。
40mrad
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宇宙線テスト概要目的• SCT および TRT 検出器のオペレーションテスト
SCT+TRT 検出器を同時に扱う• SCT および TRT 検出器の性能評価
ノイズテスト、検出効率評価 等
S3
S2
S1
TRT
SCT
trigger: 1 2S Sシンチレータ
144 cm
40 cm
PMT PMT
6
宇宙線テスト概要
データ収集システム
DAQ PC
7
SCT モジュール数 : 468(Top=252, Bottom=216)(B3,B4,B5,B6) = (84/108/144/132)
No magnetic field12 modules
宇宙線テスト概要
宇宙線トリガーイベント数 : 約132k
Layer 1 / Barrel B4
Top
Bottom
Outer
Inner
y
Layer 0 / Barrel B3
Layer 3 / Barrel B6
Layer 2 / Barrel B5
R‐ 平面
Z-Y 平面
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ヒットの再構成
ヒット位置とクラスターの構成
各クラスターに属するストリップ数
95%
1 2
strip fired
strip pitch
= 80 mSpace point definition
40mrad
1 module
Space Point の構成
8 Space Point
宇宙線トリガーごとの Space Point 数
閾値 1.0fc
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トラックの再構成• Space Point からトラックの候補を探す(パターン認識)
Space Point を R‐ 平平平平平 Z‐Y 平面において直線フィットし、 ndf でのカットをかけてトラックの候補を選別する。
2 つのトラックが同じ Space Point を共有する場合、 ndf が小さいトラックに属させる。
• トラック候補をクラスターを用いて再フィットする(トラックフィット)
宇宙線トリガーごとのトラック数
track candidate
Space Point
track
クラスター
パターン認識 トラックフィット
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SCT 検出器の位置補正
2 1( , ) ( , )T
i i i i ii tracks
r a V r a
ur r ur ur r ur
2 ( )0
d a
da
rr
r
0
22 2
0
( )( ) ( )
a a
d aa a a
da
ur uur
rr uur r
r
1
1 10
0 0 0
( ) ( ) ( )( )
T
i i ii i i
tracks tracks
dr a dr a dr aa V V r a
da da da
ur r ur r ur r
r ur uuruur uur uur
• SCT モジュールの内部精度は数 m の精度であり、内部位置補正は必要ない。• SCT モジュールの位置分解能は 23m であり、シリンダーへの取り付け精度は 50-100m 程度であるために、位置補正を行う。検出器のずれの自由度は 6 である。( x ,y ,z の平行移動 および オイラー角)→468×6 = 2808 自由度のパラメータを最適化する必要がある。
r : 残差ベクトル a : 位置補正パラメータ
: トラックパラメータ V : 残差の共分散行列
2808 個の連立方程式
ar
: 位置補正定数
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SCT 検出器の位置補正以下の方法でトラックの残差を求め、位置補正の効果を評価する
トラックが /ndf < 3 を満たす トラックに伴うクラスターが10以上存在する 残差を求めるモジュールのクラスターをトラックから除外し、再度フィットする SCT モジュール面でのトラックとクラスターの距離を残差とする
トラックの /ndf 分布
2/ndf = 3
cluster position
track hit position
残差remove track hit
cluster
track
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SCT 検出器の位置補正
位置補正前 位置補正後Layer1 / Barrel 4 Layer1 / Barrel 4
Top Top
Bottom Bottom
Mean 11.7 m
54.5 m
Mean 7.7 m
58.5 m
Mean 0.7 m
39.9 m
Mean 0.8 m
41.3 m
13
トラックが /ndf < 40 を満たす クラスターをトラックから除外し、再度トラックをフィットする (リフィットトラック) リフィットトラックが 2/ndf < 6 を満たす リフィットトラックに伴うクラスターが 10 以上存在する リフィットトラックの位置がモジュール端および異常ストリップ( noisy, dead, etc… )から 2 mm 以上離れている
⇒ 以上を満たす場合、トラック予想位置とする (ヒット予想点)
⇒ ヒット予想点より ±2 mm の範囲内でクラスターを調べる
(ヒット観測点)
2/ndf = 6
SCT 検出器の検出効率
(検出効率) = (ヒット観測点の数) / (ヒット予想点の数)
remove all hit
cluster
track
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SCT 検出器の検出効率
Layer1 / Barrel 4 Outer
Top
Bottom
Top
Bottom
Layer1 / Barrel 4 Inner
Top total : 99.21±0.03 %
Bottom total : 99.12±0.03 %
Layer1Layer0 Layer2 Layer3
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結論• SCT 検出器の性能評価
SCT 検出器の位置補正の結果、残差分布の~ 40m 程度まで改善した
各 SCT モジュールについて検出効率を見積もり、 Top ・Bottom ともに 99% 以上の検出効率が得られた
今後の予定• 地下 ATLAS 実験場での宇宙線テスト準備
バレル SCT 検出器は地下の ATLAS 検出器にすでに組み込まれている
5 月以降に予定されている地下 ATLAS 実験場での宇宙線テストに備え、準備を進める
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Backup
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Number of Spacepoints
Real data
w/ 3 scintillators
Real data w/ 2 scintillators
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Number of Tracks
tracks w/ 2 scintillators
no alignment
tracks w/ 3 scintillators
no alignment
tracks w/ 3 scintillators
w/ alignment
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Trigger Timing
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no alignment ly0 & ly1
21
no alignment ly2 & ly3
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local alignment ly0 & ly1
23
local alignment ly2 & ly3
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Geant 4 simulation ly0 & ly1
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Geant 4 simulation ly2 & ly3
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Efficiency map ly0 & ly1
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Efficiency map ly2 & ly3
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Efficiency Diff b/w link 0 & link 1
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Efficiency detail ly1
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Kalman Filtering
track extrapolation
predicted hit position
measured hit position updated track position
track extrapolation
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LHC 加速器( Large Hadron Collider )
ALICE
モンブラン
レマン湖 ジュネーブ国際空港
LHCbCMS
ATLAS
8.5km
P P
LHC ( Large Hadron Collider) @ CERN
LHC 加速器のスケジュール2007 年末
検出器の較正・加速器の調整
2008 年春
での物理実験の開始
現在 CERN 研究所にて建設中の陽子‐陽子衝突型加速器
重心系エネルギー 14TeVs
900GeVs
14TeVs
実験目的 Higgs 粒子の探索 標準理論の検証 標準理論を越える物理の探索