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Comportamento di un modulo

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Comportamento di un modulo Silicon Strip Detector dell'esperimento Alice: simulazione e prove con particelle minimo ionizzanti Federica Benedosso – PowerPoint PPT presentation

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Title: Comportamento di un modulo


1
Comportamento di un modulo Silicon Strip
Detector dell'esperimento Alicesimulazione e
prove con particelle minimo ionizzanti
Federica Benedosso
Trieste, 10 novembre 2003
2
Sommario
  • La fisica di Alice
  • Il rivelatore Alice
  • Il programma di simulazione e risultati
  • Test sotto fascio e analisi dei dati raccolti
  • Confronto tra i dati della simulazione e quelli
    sperimentali
  • Calibrazione dei parametri della simulazione

3
La fisica diagramma di fase
  • QGP presente subito dopo il Big Bang
  • Deconfinamento di quark e gluoni
  • Ripristino della simmetria chirale
  • Scompare con il raffreddamento
  • Attualmente presente nelle stelle di neutroni?
    (bassa temperatura, alta densità)
  • Esperimenti mirano a riprodurre alte temperature

4
La fisica evidenze del QGP
  • Collisioni Pb-Pb per produrre QGP
  • 5 TeV per nucleone nel centro di massa
  • 2x104 particelle per evento
  • Segnature della QGP
  • Riduzione nella produzione di J/Y
  • Aumento coppie elettroniche
  • Aumento della stranezza
  • STAR _at_ BNL
  • AuAu
  • 200 GeV per nucleone
  • NA49 _at_ CERN
  • PbPb bersaglio fisso
  • 150 GeV per nucleone

Inizio presa dati 2007 prove p-p prove
p-Pb prove Pb-Pb
5
Il rivelatore Alice _at_ LHC
  • Due componenti principali
  • Parte centrale per lo studio dei segnali adronici
    ed elettronici
  • Magnete
  • TPC
  • ITS
  • Altri rivelatori
  • Uno spettrometro muonico per lo studio dei quark
    nella materia densa

6
Sistema di tracciamento interno ITS
  • Ricostruzione vertici primari e secondari
  • Tracciamento particelle basso impulso
  • Tecnologia al silicio
  • 6 layer
  • 2 SPD (interni)
  • 2 SDD (intermedi)
  • 2 SSD (esterni)

7
Silicon Strip Detector
  • Occupa gli strati più esterni dell'ITS,
    r40cm(748 moduli) e r45cm (950 moduli)
  • Area73x40mm², W300mm
  • 768 strip per lato, passo 95mm, angolo stereo di
    35 mrad
  • Risoluzione 15mm (x) e 700mm (y)
  • Lettura effettuata da 12 chip, ciascuno collegato
    a 128 strip. Gli ADC convertono la carica in
    numero

Chip di lettura e ibrido
x
modulo
y
Microcavi
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Efficienza di ricostruzione
  • Angolo stereo piccolo
  • Risoluzioni molto diverse (15 mm e 700mm)
  • Riduzione del numero di ghost (utile per la
    molteplicità)
  • Lettura solo su due lati

true
ghost
9
Il programma di simulazione
  • AliRoot è il framework per la simulazione, la
    ricostruzione e l'analisi dei dati di Alice.
    Integra passaggi compiuti da programmi diversi
  • Produzione dell'evento fisico
  • Trasporto attraverso i rivelatori (Geant) e
    produzione degli hit (informazione che ingloba
    posizione e energia rilasciata) GEOMETRIA
  • Simulazione della risposta (digitizzazione)
    GEOMETRIA
  • Ricostruzione di punti e tracce GEOMETRIA
  • In ogni passaggio la geometria è fondamentale

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Geometria per il beam test
  • Scopo calibrare la risposta del rivelatore SSD
    utilizzando i dati dei beam test
  • Condizioni della simulazione il più possibile
    realistiche
  • Un solo modulo SSD (oppure un telescopio)
  • Fascio di p a 7 GeV/c
  • Per introdurre una geometria appropriata, due
    alternative
  • Scrivere programma isolato (Geant)
  • Utilizzare AliRoot
  • Grazie alla struttura object-oriented, gli
    algoritmi di simulazione, di digitizzazione e di
    ricostruzione non richiedono modifiche

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Simulazione della risposta 1/2
  • Conoscendo gli hit si ricostruisce quale strip
    viene attivata e con quale segnale
  • Perdita di energia "quasi" continua e produzione
    coppie elettrone/lacuna
  • Le coppie migrano verso le strip con
    distribuzione gaussiana
  • Al segnale viene sommato un rumore gaussiano

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Simulazione della risposta 2/2
  • Accoppiamenti capacitivi a ciascuna strip viene
    aggiunta una frazione del segnale della strip
    precedente e di quella seguente
  • Conversione in canali ADC
  • Vengono scritti su disco solo i valori che
    superano una certa soglia
  • Ogni particella attiva più strip (distribuzione
    di carica, rumore, accoppiamenti). L'insieme
    delle strip attivate dalla stessa particella
    forma il cluster

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Risultati della simulazione
Segnale sulle strip
Segnale sui cluster
Dimensione dei cluster
Rumore
Attivate 2 strip
Cluster di 1 strip
P
Picco principale
P
P
N
N
N
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Prove sotto fascio
10000 particelle/minuto fascio pulsato (3
burst/min) 250 eventi/minuto raccolti da 5000 a
20000 ev/run 163 run con modulo singolo 231 run
con telescopio
Configurazione de trigger
  • Misure effettuate al Cern con fascio di p a 7
    GeV/c (minimo ionizzanti) dal PS
  • Studio della risposta dei moduli rumore,
    alimentazione, scansione della superficie,
    tracciamento
  • Prove con moduli singoli e telescopio
  • Sviluppo di un programma di analisi specifico

15
Il programma di analisi
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Run di rumore calcolo del piedestallo
  • I run di rumore servono per conoscere il fondo e
    analizzare poi il segnale
  • Per ciascuna strip, il piedestallo è la media
    sugli eventi della carica
  • Per escudere segnali elevati (dovuti al passaggio
    di particelle) si utilizzano soglie arbitrarie
    (piedestallo0, s50)
  • Una strip che produca sistematicamente segnali
    sopra soglia viene segnalata come non funzionante
  • Il calcolo viene iterato usando come soglie il
    piedestallo e la deviazione standard trovate
    precedentemente
  • Il piedestallo viene sottratto strip per strip ed
    evento per evento

Dopo
Prima
Lato N
Lato P
Strip non funzionanti
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Run di rumore common mode
  • Il common mode è una variazione di offset legato
    al chip di lettura
  • Si calcola mediando, evento per evento, il
    segnale delle 128 strip lette dallo stesso chip

Dopo ora è il RUMORE
Prima
???
Strip non funzionanti
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Run di rumore alimentazione
  • Il rumore varia in funzione della tensione di
    alimentazione
  • Alimentazione ottimale quando il rumore è minimo

M3
M2
M1
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Run di segnale
  • Calcolo e sottrazione di pedestal e common mode
    come per i run di rumore
  • Metodo iterativo non richiede analisi preliminare
    di un run di rumore aumenta velocità di analisi
  • La forma del cluster è la distribuzione di carica
    tra le strip permette di ricavare gli
    accoppiamenti capacitivi

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Rapporto segnale/rumore
P
N
S/N43
S/N17
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Prove con telescopio
  • Tracciamento
  • Calcolo della risoluzione spaziale
  • Risultati preliminari x15mm y650mm
  • Moduli diversi differenze minori nel rumore
    lato P/lato N
  • Analisi tuttora in corso

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Calibrazione dei parametri
  • Aumento del fattore di conversione delle coppie
    elettrone/lacuna in canali ADC da 40 a 65 canali
    ogni 25000 coppie
  • Variazione del rumore vengono utilizzati i
    valori misurati. Sul lato N il valore è doppio
    rispetto al lato P
  • Aumento degli accoppiamenti capacitivi (dal 2 a
    fino al 7), utilizzando i rapporti ottenuti
    dallo studio della forma del cluster

23
Confronto dopo la calibrazione
Segnale cluster
Segnale singola strip
Dimensione cluster
Simulazione Dati sperimentali
???
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Conclusioni
  • Sono stati calibrati il fattore di conversione,
    il rumore e gli accoppiamenti capacitivi
  • La distribuzione del segnale dei cluster viene
    riprodotta
  • La forma dei cluster viene riprodotta
    nell'andamento
  • La distribuzione di carica sulle strip è ancora
    molto diversa
  • La calibrazione è soddisfacente, ma si può
    migliorare il modello (es. rete capacitiva)
  • Moduli in fase di ridisegno per il problema del
    rumore
  • Analisi dei run con telescopio ancora in corso

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Run di segnale ricerca dei cluster
  • Due metodi implementati
  • Utilizzo di una soglia per isolare eventi
    associati al passaggio di particelle e un'altra
    (eventualmente più bassa) per le altre strip del
    cluster
  • Metodo geometrico ogni strip incrocia
    determinate strip del lato opposto il cluster
    viene ricostruito solo se c'è corrispondenza
    geometrica tra i due lati
  • I metodi implementati danno risultati analoghi

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Confronto con la simulazione
Dimensione cluster
Segnale cluster
Segnale singola strip
Simulazione Dati sperimentali
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