Thomas Bretz. Sensitivitätsverbesserung bei MAGIC durch Berücksichtigung der Signalankunftszeit in der Analyse

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1 Thomas Bretz Sensitivitätsverbesserung bei MAGIC durch Berücksichtigung der Signalankunftszeit in der Analyse

2 2 Entwicklung Erste Versuche das Cherenkov Licht von Luftschauern zu detektieren (Hill and Porter, 1960; Jelly und Porter, 1963)

3 3 Entwicklung Erste Versuche das Cherenkov Licht von Luftschauern zu detektieren (Hill and Porter, 1960; Jelly und Porter, 1963) Erste Detektion einer Quelle (Crab) mit der abbildenden Kamera des Whipple Teleskops (Weekes, 1989)

4 4 Entwicklung Erste Versuche das Cherenkov Licht von Luftschauern zu detektieren (Hill and Porter, 1960; Jelly und Porter, 1963) Erste Detektion einer Quelle (Crab) mit der abbildenden Kamera des Whipple Teleskops (Weekes, 1989) Cherenkovastronomie mit hochauflösenden abbildenden Kameras (MAGIC, H.E.S.S., VERITAS,...)

5 5 Entwicklung Erste Versuche das Cherenkov Licht von Luftschauern zu detektieren (Hill and Porter, 1960; Jelly und Porter, 1963) Erste Detektion einer Quelle (Crab) mit der abbildenden Kamera des Whipple Teleskops (Weekes, 1989) Tagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Freiburg, 2008 Cherenkovastronomie mit hochauflösenden abbildenden Kameras (MAGIC, H.E.S.S., VERITAS,...) Aber nur Auswertung des Signals

6 6 Kameraeigenschaften Signal

7 7 Kameraeigenschaften Signal Ankunftszeit 3.5ns MAGIC Zeitauflösung: 1.5ns 3.5ns alte FADCs: 300MHz (Auflösung 3.3ns) Upgrade Feb. 2007: 2GHz FADCs (Auflösung 0.5ns)

8 8 Kameraeigenschaften Signal Ankunftszeit 3.5ns Relativ klarer zeitliche Entwicklung, z.b. elektromagnetische (Sub-)Schauer 1.5ns Gleichzeitiges Licht (z.b. Muonen) 3.5ns Chaotische zeitliche Entwicklung z.b. durch Überlagerung mehrerer elektromagnetischer Subschauer

9 9 Kameraeigenschaften Signal Ankunftszeit 3.5ns Relativ klarer zeitliche Entwicklung, z.b. elektromagnetische (Sub-)Schauer 1.5ns Gleichzeitiges Licht (z.b. Muonen) 3.5ns Chaotische zeitliche Entwicklung z.b. durch Überlagerung mehrerer elektromagnetischer Subschauer

10 10 Kameraeigenschaften Signal Ankunftszeit 3.5ns Relativ klarer zeitliche Entwicklung, z.b. elektromagnetische (Sub-)Schauer 1.5ns Gleichzeitiges Licht (z.b. Muonen) 3.5ns Chaotische zeitliche Entwicklung z.b. durch Überlagerung mehrerer elektromagnetischer Subschauer

11 11 Schritte Wie verwertet man jetzt die zusätzliche Information? Test Datensätze suchen Neues Cleaning entwickeln/testen Zeit Parameter entwickeln/testen Neue Cuts optimieren Zum Vergleich werden die gleichen Schritte identisch für eine Standard-Analyse durchgeführt Anmerkungen: Die im Folgenden verwendete Analysemethode ist nicht quellunabhängig Die gezeigte Studie ist eine Vertiefung der Diskussion in Tescaro et al (ICRC2007) für welche allerdings eine andere Analysemethode verwendet wurde.

12 12 Daten Crab Daten (Datensätze zu etwa 1h-1.5h): alte FADCs: 25.2h (Sep 06 Jan 07) neue FADCs: 9.2h (Feb/Mar 07) Wobble Ped RMS: 1.1phe 2.2phe Zenith Abstand < 40

13 13 Time slope Ein neuer Parameter wurde eingeführt: Die Steigung entlang der Schauerhauptachse (length) Der Parameter wird als die analytische Lösung des Fits berechnet Bei anderen Parametern (z.b. rms) konnte keine signifikante Verbesserung festgestellt werden

14 14 Time slope Ein neuer Parameter wurde eingeführt: Die Steigung entlang der Schauerhauptachse (length) Der Parameter wird als die analytische Lösung des Fits berechnet Bei anderen Parametern (z.b. rms) konnte keine signifikante Verbesserung festgestellt werden On Off

15 15 Time slope Ein neuer Parameter wurde eingeführt: Die Steigung entlang der Schauerhauptachse (length) Der Parameter wird als die analytische Lösung des Fits berechnet Bei anderen Parametern (z.b. rms) konnte keine signifikante Verbesserung festgestellt werden On Off Tagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Freiburg, 2008 Überschuß an On-Events

16 16 Time slope Ein neuer Parameter wurde eingeführt: Die Steigung entlang der Schauerhauptachse (length) Der Parameter wird als die analytische Lösung des Fits berechnet Bei anderen Parametern (z.b. rms) konnte keine signifikante Verbesserung festgestellt werden On Off Tagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Freiburg, 2008 Überschuß an On-Events = Signal

17 17 Time slope Ein neuer Parameter wurde eingeführt: Die Steigung entlang der Schauerhauptachse (length) Der Parameter wird als die analytische Lösung des Fits berechnet Bei anderen Parametern (z.b. rms) konnte keine signifikante Verbesserung festgestellt werden On Off

18 18 Time cleaning Ein neues Image Cleaning dass die Zeit mit einbezieht wurde entwickelt Im ersten Schritt wird ein normales Signalbasiertes Cleaning auf niedrigem Niveau durchgeführt. In einem zweiten und dritten Schritt werden weitere Pixel durch Vergleich der Ankunftszeiten mit ihren Nachbarpixeln ausgeschlossen. Andere Idee wurden getestet und wieder verworfen

19 19 Optimierung des Cleanings Das Cleaning Niveau wurde durch Vergleich optimiert. old FADCs MUX FADCs Standard cleaning 8.5phe/4.0phe Time cleaning 6.0phe/3.0phe/1.75ns

20 20 Optimierung der Cuts Die Cuts wurden über die Signifikanz (Li/Ma) und die Sensitivität optimiert Aus allen Datensätzen wurden die endgültigen Cuts über ein Majority Voting bestimmt Mit diesen Cuts wurden alle Daten reprozessiert

21 21 Sensitivitätsverbesserung Sensitivity (au) time cleaning slope old FADCs new FADCs no no 100 (2.2%) 93 (2.0%) no yes yes no yes yes 78 (1.8%) 67 (1.5%) 7%-14%

22 22 Sensitivitätsverbesserung Sensitivity (au) time cleaning slope old FADCs new FADCs no no 100 (2.2%) 93 (2.0%) no yes yes no yes yes 78 (1.8%) 67 (1.5%) 22% 28% 7%-14%

23 23 Sensitivitätsverbesserung Sensitivity (au) time cleaning slope old FADCs new FADCs no no 100 (2.2%) 93 (2.0%) no yes 98 33% 81 yes no yes yes 78 (1.8%) 67 (1.5%) 22% 28% 7%-14%

24 24 Sensitivitätsverbesserung Sensitivity (au) time cleaning slope old FADCs new FADCs no no 100 (2.2%) 93 (2.0%) no yes yes no yes yes 78 (1.8%) 67 (1.5%)

25 25 Sensitivitätsverbesserung Sensitivity (au) time cleaning slope old FADCs new FADCs no no 100 (2.2%) 93 (2.0%) no yes yes no yes yes 78 (1.8%) 67 (1.5%) Fluß-Peak Energie: ~270GeV Fluß-Peak Energie: ~270GeV

26 26 Pedestal RMS Die Abhängigkeit der Sensitivität vom Bildrauschen wurde untersucht (Pedestal RMS zwischen 1.1phe und 2.2phe) Keine Abhängigkeit festgestellt Aber Test mit wenig Statistik durchgeführt

27 27 Zusammenfassung Systematische Studien mit Gesamtrechenzeit > h möglich

28 28 Zusammenfassung Systematische Studien mit Gesamtrechenzeit > h möglich Die Verbesserung der Sensitivität durch die besser auflösenden FADCs ist etwa 10% (schon ohne die Zeit miteinzubeziehen) Die Verbesserung der Sensitivität durch Einbeziehung der Ankunftszeiten in der Analyse ist etwa 25% Insgesamt ist der Gewinn in der Sensitivität durch das schnellere Sampling >30% (Ähnlich Einzelteleskop im Stereo-Betrieb)

29 29 Zusammenfassung Systematische Studien mit Gesamtrechenzeit > h möglich Die Verbesserung der Sensitivität durch die besser auflösenden FADCs ist etwa 10% (schon ohne die Zeit miteinzubeziehen) Die Verbesserung der Sensitivität durch Einbeziehung der Ankunftszeiten in der Analyse ist etwa 25% Insgesamt ist der Gewinn in der Sensitivität durch das schnellere Sampling >30% (Ähnlich Einzelteleskop im Stereo-Betrieb) Durch die Miteinbeziehung der Ankunfszeiten können Signale besser vom Rauschen unterschieden werden. Dies ergibt eine weitere Sensitivitätsverbessserung in Form von Zugewinn an Beobachtungszeit bei helleren Bedingungen.

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