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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

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

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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

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  1. 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

  2. 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

  3. 　　　カロリメータ μ粒子検出器 内部飛跡検出器 マグネットシステム 重量 : 7000トン 飛跡検出器 : カロリメータ : ATLAS検出器 (A Toroidal LHC ApparatuS) • 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

  4. 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 40mrad 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。

  5. S1 TRT S2 SCT S3 144 cm trigger: 40 cm PMT PMT シンチレータ 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

  6. 宇宙線テスト概要 DAQ PC データ収集システム

  7. No magnetic field 12 modules 宇宙線テスト概要 y Top Layer 3 / Barrel B6 Layer 1 / Barrel B4 Layer 0 / Barrel B3 Layer 2 / Barrel B5 Bottom Inner Outer Z-Y平面 SCTモジュール数 ： 468 (Top=252, Bottom=216) (B3,B4,B5,B6) = (84/108/144/132) R‐F 平面 宇宙線トリガーイベント数 ： 約132k

  8. strip fired Space Pointの構成 40mrad strip pitch = 80 mm 1 module Space point definition ヒットの再構成 ヒット位置とクラスターの構成 閾値 1.0fc 8 Space Point 各クラスターに属するストリップ数 宇宙線トリガーごとのSpace Point 数 95% 2 1

  9. track candidate track 宇宙線トリガーごとのトラック数 Space Point クラスター 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‐F平面およびZ‐Y平面において直線フィットし、c2/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、c2/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） パターン認識 トラックフィット

  10. SCT検出器の位置補正 • SCTモジュールの内部精度は数mm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23mmであり、シリンダーへの取り付け精度は50-100mm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 p : トラックパラメータ　V : 残差の共分散行列 ： 位置補正定数 2808個の連立方程式

  11. track cluster position トラックのc2/ndf分布 残差 c2/ndf ＝ ３ remove track hit track hit position cluster 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c2/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

  12. SCT検出器の位置補正 Top Top Mean 11.7 mm s 54.5 mm Mean 0.7 mm s 39.9 mm 位置補正後 Layer1 / Barrel 4 Layer1 / Barrel 4 位置補正前 Bottom Bottom Mean 0.8 mm s 41.3 mm Mean 7.7 mm s 58.5 mm

  13. track remove all hit cluster c2/ndf = 6 SCT検出器の検出効率 • 　トラックが c2/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c2/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） （検出効率）＝（ヒット観測点の数） / （ヒット予想点の数）

  14. Bottom Bottom Top Top Layer1 / Barrel 4Outer Layer1 / Barrel 4Inner Top total : 99.21±0.03 % Bottom total : 99.12±0.03 % SCT検出器の検出効率 Layer0 Layer1 Layer2 Layer3

  15. 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s～40mm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

  16. Backup

  17. Number of Spacepoints Real data w/ 2 scintillators Real data w/ 3 scintillators

  18. Number of Tracks tracks w/ 2 scintillators no alignment tracks w/ 3 scintillators no alignment tracks w/ 3 scintillators w/ alignment

  19. Trigger Timing

  20. no alignment ly0 & ly1

  21. no alignment ly2 & ly3

  22. local alignment ly0 & ly1

  23. local alignment ly2 & ly3

  24. Geant 4 simulation ly0 & ly1

  25. Geant 4 simulation ly2 & ly3

  26. Efficiency map ly0 & ly1

  27. Efficiency map ly2 & ly3

  28. Efficiency Diff b/w link 0 & link 1

  29. Efficiency detail ly1

  30. track extrapolation measured hit position updated track position predicted hit position track extrapolation Kalman Filtering

  31. モンブラン ジュネーブ国際空港 レマン湖 ATLAS LHCb CMS 8.5km ALICE P P LHC加速器（Large Hadron Collider） 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 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 LHC（Large Hadron Collider) @ CERN • 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

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