Die Winkelvergleichsmethode am Beispiel des OPERA-Spektrometers
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- Gitta Lehmann
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1 Die Winkelvergleichsmethode am Beispiel des OPERA-Spektrometers Tagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft Dresden 2013, Benjamin Büttner Institut für Experimentalphysik
2 Motivation: OPERA: Oscillation Project with Emulsion Tracking Apperatus 2 L P (ν µ ν τ ) sin 2 2θ 23 sin 2 m23 4 E Identifikation über τ-zerfall: CC Interaktion τ hat spezielle Zerfalls-Topologie Zerfall des Leptons innerhalb von 600 µm Untergrund: CC-Interaktion mit charm Produktion Primäres µ+ wird nicht detektiert vµ charm µ x Seite 2
3 Motivation: Ladungsbestimmung und Impulsbestimmung: Wichtig für die Hauptanalyse von OPERA (τ appearance) Kleine Fehlidentifikation sehr wichtig Weitere physikalische Anwendungen: Ladungsverhältnis atmosphärischer Myonen Geschwindigkeit von Neutrinos Unterschiede bei Neutrinos und Anti-Neutrinos? Atmosphärische Neutrinos CPT Invarianz? Zuverlässige Ladungsbestimmung + Maß für Güte wünschenswert Seite 3
4 Motivation: Ladungsbestimmung und Impulsbestimmung: Wichtig für die Hauptanalyse von OPERA (τ appearance) Kleine Fehlidentifikation sehr wichtig Weitere physikalische Anwendungen: Ladungsverhältnis atmosphärischer Myonen Geschwindigkeit von Neutrinos Unterschiede bei Neutrinos und Anti-Neutrinos? Atmosphärische Neutrinos CPT Invarianz? Zuverlässige Ladungsbestimmung + Maß für Güte wünschenswert Eur.Phys.J. C67 (2010) Seite 3
5 Der OPERA Detektor Neutrinos Seite 4
6 Der OPERA Detektor Supermodul 1 Supermodul 2 Seite 4
7 Der OPERA Detektor Ziel-Bereich: ~ ECC-Ziegel Spektrometer: 1,5 T Dipolmagnet Driftröhren Resistive plate chambers (RPC) Seite 5
8 Das OPERA Spektrometer Kurz-Info: 1,5 T Dipolmagnet Driftröhren RPC zum Triggern Aufgeteilt auf sechs Wände pro Supermodul Aufgabe: Ladungs- und Impulsbestimmung Seite 6
9 Das OPERA Spektrometer Kurz-Info: B 1,5 T Dipolmagnet Driftröhren RPC zum Triggern Aufgeteilt auf sechs Wände pro Supermodul B Aufgabe: Ladungs- und Impulsbestimmung Seite 6
10 Das OPERA Spektrometer Kurz-Info: 1,5 T Dipolmagnet Driftröhren RPC zum Triggern Aufgeteilt auf sechs Wände pro Supermodul Aufgabe: Ladungs- und Impulsbestimmung Seite 6
11 Das OPERA Spektrometer Myonspur wird vollständig beschrieben durch den Winkel φ und den Abstand d0 (Hesse-Normalform) Ladung: δφ = φ φ / φ φ. P Impuls p ~ 1/ δφ Seite 7
12 Die Winkelvergleichsmethode Myonspur wird vollständig beschrieben durch den Winkel φ und den Abstand d0 (Hesse-Normalform) Ladung: δφ = φ φ / φ φ. P Impuls p ~ 1/ δφ Seite 7
13 Die Winkelvergleichsmethode Myonspur wird vollständig beschrieben durch den Winkel φ und den Abstand d0 (Hesse-Normalform) Ladung: δφ = φ φ / φ φ. P Impuls p ~ 1/ δφ Seite 7
14 Die Winkelvergleichsmethode Einbeziehung des zweiten Parameters d0 Die Vektoren a und b sind Tangenten des gleichen Kreises: α1 = α2 Verwendung der relativen Abweichung: σ(α)rel = 2(α1 α2) / (α1 + α2) Jede Messung (max. 4 möglich) bekommt ein Gewicht: Maximales Gewicht beim Erwartungswert: w=1 An den Rändern: w 0 Seite 8
15 Die Winkelvergleichsmethode Einbeziehung des zweiten Parameters d0 Die Vektoren a und b sind Tangenten des gleichen Kreises: α1 = α2 Verwendung der relativen Abweichung: σ(α)rel = 2(α1 α2) / (α1 + α2) Jede Messung (max. 4 möglich) bekommt ein Gewicht: Maximales Gewicht beim Erwartungswert: w=1 An den Rändern: w 0 Seite 8
16 Die Winkelvergleichsmethode Einbeziehung des zweiten Parameters d0 Die Vektoren a und b sind Tangenten des gleichen Kreises: α1 = α2 Verwendung der relativen Abweichung: σ(α)rel = 2(α1 α2) / (α1 + α2) Jede Messung (max. 4 möglich) bekommt ein Gewicht: Maximales Gewicht beim Erwartungswert: w=1 An den Rändern: w 0 Seite 8
17 Ladungsbestimmung Beispiel: Monte Carlo nur mit µ- OPERA verfügt über vier Stationen zur Ladungsbestimmung max. vier Messungen mit Gewicht * Ladung Mittelwertbildung aller möglichen Ladungsbestimmungen: n 1 n wtot = w = ci wi n i =1 i =1 ' i Seite 9
18 Ladungsbestimmung Beispiel: Monte Carlo nur mit µ- OPERA verfügt über vier Stationen zur Ladungsbestimmung max. vier Messungen mit Gewicht * Ladung Mittelwertbildung aller möglichen Ladungsbestimmungen: n 1 n wtot = w = ci wi n i =1 i =1 ' i b Gewicht: w = 1 a Ladung: ci = φ j +1 φ j φ j +1 φ j Anzahl der Messungen 1 x µ γ exp dx 2 σ 2π πσ ( x µ) + γ 4 Pi Pi: Polarität und Flugrichtung Φj+1: Winkel nach dem Magnetarm Φj: Winkel vor dem Magnetarm Seite 9
19 Resultate Beispiel (Monte Carlo): µ- Gewichte: -0,83-0,82 +0,04-0,56 Seite 10
20 Resultate Beispiel (reale Daten): µ- Gewicht: +0,007 Seite 11
21 Vergleich Alte Methode und neue Methode Monte Carlo - Daten Definition der Verunreinigung: η = nw nc Anzahl der Ereignisse mit Ladungsbestimmung Anzahl der falsch identifizierten Ereignisse Seite 12
22 Vergleich Alte Methode und neue Methode Monte Carlo - Daten Definition der Verunreinigung: η = nw nc Anzahl der Ereignisse mit Ladungsbestimmung Anzahl der falsch identifizierten Ereignisse neue Methode Seite 12
23 Ladungsrekonstruktion Problematisch rekonstruierte Ereignisse Geringes Gewicht Seite 13
24 Fazit der Methode: Winkelvergleich erlaubt Rückschlüsse auf Spurinkonsistenzen Gewicht erlaubt die Beurteilung der Güte der Ladungsbestimmung Im Vergleich zur bisherigen Methode -> drastische Reduzierung der FalschBestimmung Weitere Anwendungen und Resultate: T 72.8: Resultate der Winkelvergleichsmethode am OPERA-Spektrometer Vortrag von B. Büttner Untersuchung des Alignments bei eingeschaltetem Magnetfeld Universität Hamburg - mikko.meyer@desy.de Seite 14
25 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Universität Hamburg - mikko.meyer@desy.de ENDE
26 Per Definition: Maximales Gewicht beim Erwartungswert der Verteilung: w=1 An den Rändern: w 0 Berechnung des Gewichtes (Faltung einer Gauß- und Lorentzverteilung): b w = 1 a 1 x µ γ exp dx 1 2 2πσ 2 σ 2π ( x µ ) + γ 2 4 Gemessene relative Abweichung: α α2 bi = 2 1 α1 + α 2 Integrationsgrenzen: b = µ + bi µ a = µ bi µ
27 Untersuchungen des Alignments: Alignment = Präzise Messung der Position von den Driftröhrenwänden Wichtig für Impuls- und Ladungsanalyse Bisherige Prozeduren: Messung mit Theodolit und Analysen bei ausgeschaltetem Magnetfeld Problem: Wenig Statistik und mögliche Verformung des Detektors bei eingeschaltetem Magnetfeld (Temperaturschwankung) Vorteil der Winkelvergleichsmethode: Alignmentkorrektur bei eingeschaltetem Magnetfeld mit viel Statistik
28 Untersuchungen des Alignments Vergleich: Monte Carlo und reale Daten:
29 Untersuchungen des Alignments Vergleich: Monte Carlo Verschiedene Effekte:
30 Untersuchungen des Alignments Korrektur mit Unterscheidung zweier Effekte:
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