Advanced alignment of the ATLAS tracking system. Sebastián Pedraza López IFIC (CSIC-UV) 15 Julio 2013

Transcripción

1 Advanced alignment of the ATLAS tracking system Sebastián Pedraza López IFIC (CSIC-UV) 15 Julio 2013

2 El detector ATLAS Tamaño: 25m x 44m Peso: Toneladas Subdetectores: Detector de trazas Calorímetros Espectrómetro de muones Dos sistemas de imanes: 2T Solenoide 2-8T Toroide 2

3 El Detector Interno de ATLAS El Detector Interno de ATLAS (ID) está compuesto por tres subdetectores: Detector de Píxeles: píxeles de silicio (3-4 hits/traza) Semi-Conductor Tracker (SCT): micro-tiras de silicio (8 hits/traza) Transition Radiation Tracker (TRT): tubos de deriva proporcional (~30 hits/traza) Los tres subdetectores proporcionan una medida precisa de las trayectorias de las partículas cargadas en el entorno de alto pile-up del LHC. Cada detector consiste en un barril y dos end-caps para minimizar la cantidad de material atravesado por las partículas que vienen del vértice de interacción. 3

4 Reconstrucción de trazas 3 algoritmos de reconstrucción: Algoritmo Inside-out (partículas primarias cargadas): Origen: semilla de 3 impactos en los detectores de silicio. Se añaden hits alejándose del punto de interacción usando un filtro Kalman. Resolución de ambigüedades en los candidatos a trazas. Las trazas se extienden al TRT. Algoritmo Back-tracking (partículas secundarias): Búsqueda de segmentos reconstruídos en el TRT. Extrapolación hacia el interior del detector. Algoritmo de Trazas TRT: Segmentos en el TRT sin extrapolación hacia los detectores de silicio 4

5 Alineamiento del Detector Interno Objetivo: Es necesario un buen conocimiento de las posiciones de los módulos para obtener una reconstrucción de trazas y vértices eficiente y libre de sesgos. Debido a la precisión finita del ensamblado de los módulos, la posición nominal de éstos no representa su posición real. El objetivo del alineamiento es obtener las correcciones en las posiciones de los módulos para obtener una descripción precisa de la geometría del ID. La incertidumbre en el alineamiento no debe exceder: O(7 μm) en Pixel. O(12 μm) en SCT. O(30 μm) en TRT. Estrategia para el alineamiento del ID: Conocimiento inicial de la posición de los módulos basado en las medidas realizadas durante el ensamblaje del detector. Algoritmos basados en trazas. Validación de las correcciones del alineamiento utilizando observables físicos. 5

6 Niveles de alineamiento El alineamiento del ID se realiza en una secuencia de niveles de granularidad siguiendo la jerarquía de ensamblado: Nivel 1: Pixel, barril del SCT y los 2 end-caps, barril del TRT y end-caps, 6 grados de libertad (DoFs) por estructura. Nivel 2: barril dividido en capas y los endcaps en discos tanto para el Pixel como para el SCT, barril del TRT dividido en modulos y los end-caps en ruedas (6 DoFs). Nivel 3: Pixel & SCT módulos (6 DoFs) y TRT en capilares (2 DoFs). # Structures Pix SCT # DoFs TRT Silicon TRT Typical misalignment (μm) Level Level Level

7 Estabilidad del detector Alineamiento del detector a nivel 1 en tiempo real al finalizar cada run Grandes desplazamientos debidos a incidentes en el hardware Detector bastante estable dentro de cada periodo de toma de datos 7

8 Sistemáticos Todo algoritmo de alineamiento proporciona un buen ajuste de trazas y sin embargo puede introducir medidas sesgadas weak modes Weak modes: Deformaciones geométricas que hacen que el χ² del ajuste permanezca invariante. Estas deformaciones pueden ser reales, deformaciones físicas del detector, o introducidas artificialmente por el propio procedimiento de alineamiento. Para identificar y corregir los weak modes se necesita información adicional de otros observables. Estos observables deben ser bien conocidos y depender de los parámetros de las trazas, como la masa invariante de resonancias conocidas. 8

9 Sistemáticos: sesgo en el momento Medida de distorsiones del ID usando el método electrón E/p El momento de las partículas cargadas es muy sensible a sesgos sistemáticos en el alineamiento. Para extraer los sistemáticos presentes en el ID, medimos la proporción entre la energía depositada en el calorímetro por positrones y electrones y el momento medido por el ID. La parametrización del sesgo viene dada por: <E/p>+/- <E/p>+/- + q <ET> δsagitta δsagitta =(<E/p>+ - <E/p>- )/(2<ET>) Sesgo en el momento medido inicialmente y tras el alineado del ID. 9

10 Sistemáticos: sesgo en el momento Medida de distorsiones del ID usando el método Z μ+μ Usamos muones reconstruidos por el ID y el MS Reconstruimos la masa invariante del bosón Z usando el ID y calculamos el desplazamiento en la masa. Δ(M2) =(M2rec M2Z)/M2Z δsagita = Δ(M2)/(2pT) El sesgo en el momento se extrae en un proceso iterativo usando: Este método se beneficia de usar unas muestras bien identificadas y señal limpia de Z μ+μ- Técnica complementaria al método E/p, pero más sensible a la falta de estadística en las regiones de los end-caps 10

11 Sistemáticos: sesgo en parámetro de impacto Medida del sesgo en los parámetros de impacto usando muestras Z μ+μ Obtenemos el sesgo en el parámetro de impacto longitudinal y transversal para una pareja de muones provenientes de un candidato a Z: Δz0 = (z0mu1 -z0mu2) ; Δd0 = (d0mu1 -d0mu2) Sesgo en los parámetros de impacto original y después del alineado 11

12 Validación del alineamiento: Z μ+μreconstrucción de la masa del Z: Mμμ calculada usando sólo trazas del Detector Interno después de haber sido identificadas como muones. Un alineamiento ideal basado en Monte Carlo es comparado con el desempeño real del detector. Se compara el alineamiento inicial de primavera del 2011 y el procesado de los datos de otoño con una actualización en el alineamiento. 12

13 Conclusiones Se ha presentado el estatus actual del alineamiento del Detector Interno de ATLAS. El alineamiento de Nivel 1 en tiempo real ha proporcionado información sobr la estabilidad del detector e incidentes de hardware, permitiendo una corrección rápida de los desalineamientos. Además de obtener un buen ajuste de las trazas, usamos diferentes métodos para eliminar sistemáticos y obtener un alineamiento de mejor calidad: Método de electrones E/p y Z μ+μ- : mapas para corregir el sesgo en momento Mapas de Δz0 y Δd0 para corregir el sesgo en los parámetros de impacto Reconstruir la masa del Z para comprobar la calidad del alineamiento 13