Positionskorrektur des CALICE-Kalorimeterprototypen DPG Frühjahrstagung 2011, Karlsruhe Sebastian Weber, Prof. Christian Zeitnitz Universität Wuppertal CALICE Detektorprototyp Globale Positionskorrektur Lagenweise Positionskorrektur mittels Myonen 1
CALICE (CAlorimeter for Linear Collider Experiment) Seit 2006: Prototyp aus EM- und hadronischem Kalorimeter Teststrahl DESY, CERN und FERMILAB Test von Technologie & physikalischen Erwartungen Physik: Particle-Flow-Ansatz Möglichst präzise Energiezuordnung zu einzelnen Partikeln in Jets Tracking im Kalorimeter notwendig Tracking auf für neutralen Teilchen möglich! Hohe Orts- und Energieauflösung im Kalorimeter hohe Granularität Exakte Position aller Detektorkomponenten erforderlich Hier: Positionskorrektur für CERN 2007 2
CALICE Prototyp am Teststrahl Tracker (Drahtkammer) ECAL 18x18x19cm³ HCAL 90x90x90cm³ TCMT 90x90x120cm HCAL (38 Lagen) ECAL (30 Lagen) TCMT (16 Lagen) Wolfram / Silizium TailCatcherMuonTracker Je 18x18 Pads von 1cm² Aufbau ähnlich wie HCAL als Sensor Durchgehende 5cm- 10000 Kanäle Szintillatorstreifen XY-Tisch Kacheln von 3x3 bis 12x12cm² versetzt 3 einzelne, drehbare Module Stahl / Plastikszintillator Lagenweise um 90 8000 Kanäle Lagenweise drehbar XY-Tisch 3
Globale Positionskorrektur Referenzkoordinatensystem Tracker Trajektorien aller Teilchen Wahre Position Strahl verläuft grob entlang z-achse (x,y=0) Detektoren Gefordert: registrierte Hits ebenfalls im Mittel bei x,y=0 Geringer Versatz möglich Idee: Histogramm (Hits- wahre Position) Nur Lagen 1-5, vor Aufschauerung Versatz direkt ermittelbar Speichern in Datenbank Berücksichtigung bei späteren Analysen -110mm ist nicht gering! 4
Globale Positionskorrektur Vertikal (HCAL) Grau: y-position xy-tisch(±15mm) Grün: Position des Strahls Rot: Hit-Position im Detektor Offensichtlich Vorzeichenfehler in Tisch-Position! Tisch: +60mm Detektor: -120mm 5
Globale Positionskorrektur Horizontal (HCAL) Generell größere Streuung (schlechter fokussierbarer Strahl in x) Bis auf weniger Ausnahmen keine auffälligen Abweichungen 6
Globale Positionskorrektur (ECAL) ECAL: Verfügt über eigenen xy-tisch Position weder horizontal noch vertikal stets korrekt Teils Korrelation mit Position des HCAL-Tischs Geringere Streuung wegen kleinerer Pads 7
Globale Positionskorrektur Sehr einfache Methode Prinzipiell für alle Teilchen und Energien möglich Vorzeichenproblem bei vertikaler HCAL-Position aufgedeckt Position des ECALs ebenfalls nicht korrekt Globale Positionskorrektur beseitigt diese Probleme! Nächster Schritt: Auch Versatz der Lagen zueinander möglich... 8
Lagenweise Positionskorrektur mit Myonen - Prinzip Versatz einzelner Detektorlagen zueinander möglich Berechnung nach Anwendung der globalen Korrektur Idee: Myonen Saubere, alles durchdringende Spur Korrelation Wahre Position Hits in Detektor Diskrete Koordinaten von Detektor: Stufen-Verteilung Fit einer S-Kurve ergibt Grenzen der Kacheln / Pads Zentren exakt dazwischen (Modell!) Detektor: 3,0 Wahre Position: 4,8 Offset: +1,8 9
Realität Anzahl der Stufen nur 2-3 Strahldurchmesser 6cm Normalisierung auf Strahlprofil Normalisierung auf Anzahl Hits pro Zeile Tote / wenig effiziente Kacheln 10
Lagenweise Positionskorrektur (HCAL) Horizontaler Versatz Relativ groß, im Bereich 5mm Muster erkennbar, evtl. ungleichmäßige Positionierung während Montage Vertikaler Versatz Mit <1mm eher gering [Alte Plots, die noch ersetzt werden] 11
Lagenweise Positionskorrektur (HCAL) Versatz zwischen Lagen bleibt weitgehend stabil Insgesamt gewisse Schwankung, da globale Korrektur nicht exakt genug ist [Alte Plots, die noch ersetzt werden] 12
Positionskorrektur Lagenweise Positionskorrektur Benutzt prinzipbedingt Myonen Zum Teil schlechte Statistik wegen unterschiedlichem Myonenanteil Entspricht bisher den Erwartungen: Konstanter Versatz über längeren Zeitraum Präzisiert globalen Versatz Ausblick Bisher nur HCAL-Daten von 2007 untersucht Eingehende Analyse auch für ECAL/TCMT Fermilab '08, '09: Spurinformationen (Tracker) noch nicht verfügbar Zumindest grobe Überprüfung mit globaler Positionskorrektur 13
Positionskorrektur des CALICE-Kalorimeterprototypen DPG Frühjahrstagung 2011, Karlsruhe Sebastian Weber, Prof. Christian Zeitnitz Universität Wuppertal CALICE Detektorprototyp Globale Positionskorrektur Lagenweise Positionskorrektur mittels Myonen 1
CALICE (CAlorimeter for Linear Collider Experiment) Seit 2006: Prototyp aus EM- und hadronischem Kalorimeter Teststrahl DESY, CERN und FERMILAB Test von Technologie & physikalischen Erwartungen Physik: Particle-Flow-Ansatz Möglichst präzise Energiezuordnung zu einzelnen Partikeln in Jets Tracking im Kalorimeter notwendig Tracking auf für neutralen Teilchen möglich! Hohe Orts- und Energieauflösung im Kalorimeter hohe Granularität Exakte Position aller Detektorkomponenten erforderlich Hier: Positionskorrektur für CERN 2007 2
CALICE Prototyp am Teststrahl Tracker (Drahtkammer) ECAL 18x18x19cm³ HCAL 90x90x90cm³ TCMT 90x90x120cm ECAL (30 Lagen) Wolfram / Silizium TCMT (16 Lagen) TailCatcherMuonTracker Je 18x18 Pads von 1cm² Aufbau ähnlich wie HCAL als Sensor Durchgehende 5cm- 10000 Kanäle HCAL (38 Lagen) Szintillatorstreifen XY-Tisch Kacheln von 3x3 bis 12x12cm² versetzt 3 einzelne, drehbare Module Stahl / Plastikszintillator Lagenweise um 90 8000 Kanäle Lagenweise drehbar XY-Tisch 3
Globale Positionskorrektur Referenzkoordinatensystem Tracker Trajektorien aller Teilchen Wahre Position Strahl verläuft grob entlang z-achse (x,y=0) Detektoren Gefordert: registrierte Hits ebenfalls im Mittel bei x,y=0 Geringer Versatz möglich Idee: Histogramm (Hits- wahre Position) Nur Lagen 1-5, vor Aufschauerung Versatz direkt ermittelbar Speichern in Datenbank Berücksichtigung bei späteren Analysen -110mm ist nicht gering! 4
Globale Positionskorrektur Vertikal (HCAL) Grau: y-position xy-tisch(±15mm) Grün: Position des Strahls Rot: Hit-Position im Detektor Offensichtlich Vorzeichenfehler in Tisch-Position! Tisch: +60mm Detektor: -120mm 5
Globale Positionskorrektur Horizontal (HCAL) Generell größere Streuung (schlechter fokussierbarer Strahl in x) Bis auf weniger Ausnahmen keine auffälligen Abweichungen 6
Globale Positionskorrektur (ECAL) ECAL: Verfügt über eigenen xy-tisch Position weder horizontal noch vertikal stets korrekt Teils Korrelation mit Position des HCAL-Tischs Geringere Streuung wegen kleinerer Pads 7
Globale Positionskorrektur Sehr einfache Methode Prinzipiell für alle Teilchen und Energien möglich Vorzeichenproblem bei vertikaler HCAL-Position aufgedeckt Position des ECALs ebenfalls nicht korrekt Globale Positionskorrektur beseitigt diese Probleme! Nächster Schritt: Auch Versatz der Lagen zueinander möglich... 8
Lagenweise Positionskorrektur mit Myonen - Prinzip Versatz einzelner Detektorlagen zueinander möglich Berechnung nach Anwendung der globalen Korrektur Idee: Myonen Saubere, alles durchdringende Spur Korrelation Wahre Position Hits in Detektor Diskrete Koordinaten von Detektor: Stufen-Verteilung Fit einer S-Kurve ergibt Grenzen der Kacheln / Pads Zentren exakt dazwischen (Modell!) Detektor: 3,0 Wahre Position: 4,8 Offset: +1,8 9
Realität Anzahl der Stufen nur 2-3 Strahldurchmesser 6cm Normalisierung auf Strahlprofil Normalisierung auf Anzahl Hits pro Zeile Tote / wenig effiziente Kacheln 10
Lagenweise Positionskorrektur (HCAL) Horizontaler Versatz Relativ groß, im Bereich 5mm Muster erkennbar, evtl. ungleichmäßige Positionierung während Montage Vertikaler Versatz Mit <1mm eher gering [Alte Plots, die noch ersetzt werden] 11
Lagenweise Positionskorrektur (HCAL) Versatz zwischen Lagen bleibt weitgehend stabil Insgesamt gewisse Schwankung, da globale Korrektur nicht exakt genug ist [Alte Plots, die noch ersetzt werden] 12
Positionskorrektur Lagenweise Positionskorrektur Benutzt prinzipbedingt Myonen Zum Teil schlechte Statistik wegen unterschiedlichem Myonenanteil Entspricht bisher den Erwartungen: Konstanter Versatz über längeren Zeitraum Präzisiert globalen Versatz Ausblick Bisher nur HCAL-Daten von 2007 untersucht Eingehende Analyse auch für ECAL/TCMT Fermilab '08, '09: Spurinformationen (Tracker) noch nicht verfügbar Zumindest grobe Überprüfung mit globaler Positionskorrektur 13