Detektörden Veri Yapılandırmaya ALICE Zaman - Indico

Detektörden Veri Yapılandırmaya ALICE Zaman İzdüşüm Odası
Mesut Arslandok
Cerntr Toplantısı, CERN, Cenevre
09. 02. 2012
OUT LINE
•  Giriş à Büyük İyon Çarpış/rıcısı Deneyi, ALICE (A Large Ion Collider Experiment) à ALICE -­‐ Zaman İzdüşümü Odası, TPC (Time ProjecGon Chamber) •  Dedektörün Kurulumu
à MoGvasyon; Neden TPC? à Çalışma Prensibi. à OpImizasyon. •  Veri Yapılandırılması à Elektronikten Ham Veriye. à Parçacık İzi Yapılandırılmasından Parçacık Tanımlanmasına. •  Özet Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
2
GİRİŞ Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
3
ALICE Nerede? à Büyük Hadron ÇarpışRrıcısı, LHC (Large Hadron Collider) Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
4
Büyük İyon ÇarpışRrıcısı Deneyi, ALICE à 8000 charged parIcles per unit rapidity at mid-­‐rapidity in Pb-­‐Pb collisions at s = 5.5 TeV
Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
5
ALICE FİZİĞİ • 
• 
• 
• 
QCD faz diyagramı à Renk hapsi + chiral simetri Çarpışmadan sonra saçılan parçacıkların hidrodinamik hareketleri. Jets, jetlerin enerji kaybı mekanizması (jet quenching). Astrofizik, süper iletkenler fiziği … Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
6
Zaman İzdüşümü Odası, TPC
TPC: ALICE’in ana parçacık izi bulma dedektörü.
● Gas dedektörü ● Azimuthal angle coverage: 2π
● Pseudorapidity aralığı: η < 0.9
● AkIf hacim: 90 m^3 ● 72 Readout chambers ● Data taking rate: à ~ 1kHz for p-­‐p à ~ 200 Hz for Pb-­‐Pb Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
7
DEDEKTÖRÜN KURULUMU Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
8
MoIvasyon; Neden TPC? Bir PbPb olayı à ⌦
Parçacığının keşfi à  Kabarcık Odası Cerntr Toplantısı, 09.02.12
à Tracking à  PID Mesut Arslandok
TPC 9
TPC’nin Çalışma Prensibi IonizaIon
Elektron Sürüklenmesi Gas AmplificaIon (MWPC-­‐MulGWire ProporGonal Chambers) Sinyalin elde edilmesi; Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
10
à  Iyonizasyon à Elektron sürüklenmesi Geiger Müller Tube à Amplifikasyon bölgesine yaklaş/kça eletrik alan büyür à~1000 kat daha hızlı elektronlar Original charge is mulIplied by a factor of about 2x10^4 à  Oluşan Elektron çığı Anod taraondan emilir; ÜreGlen sinyal asıl yük ile oran/lı. à  Katoda yünelen posiGf iyonların oluşturduğu görüntü yük = Sinyal. Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
11
à FEE (Front End Electronics) herbir hücrede ölçülen sinyali yükselGr ve şekillendirir. Sketch of a pad signal Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
12
OpImizasyon 20000 yüklü parçacık izi ü  Parçacık izlerini ayırt edebilecek kadar büyük bir hacim.
à ~90 m^3 Dünya üzerindeki en büyük TPC. ü  Elektrik alan à CE(Central Electrode) + Field Cage (elekGk alanın homojenizasyonu) ü  Parçacık izlerinin çözünürlüğü à 72 Readout sektörü üzerinde 557 568 sinyal okuyucu hücre (xy düzlemi) à 3 farklı hücre büyüklüğü (4x7.5, 6x10, 6x15 mm2) ü  Zaman ekseni (beam direcGon) à 1000 Imebin (z ekseni) à Max. sürüklenme zamanı ~98μs OROC IROC Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
13
Gaz Karışımı? BeklenIler: • 
• 
• 
• 
• 
• 
Doymuş ve yüksek elektron sürüklenme hızı Düşük elektron difüzyonu High gain ve çözünürlük Yüksek iyonlaşma oranı Dış etkenlere az bağımlılık … Komplikasyonlar: • 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
NEON+CO2(quencher) + Dri| field = 400V/cm Eskime (Ageing) Tutuşurluk (İnflammability) Toksitlik (Toxicity) Nötron yakalama Yoğunluk Fiyat … Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
%90 NEON %10 CO2 + Doymamış elektron Sürüklenme hızı 14
Elektronun Sürüklenme Hızı Elektonların Sürüklenme hızı + sürüklenme zamanı = z koordinaR NEON+#CO2 %10 %9 … %3 %2 %1.75 … %0.5 %0.25 %0 (
vdrift = vdrift E, B,Cco ,C Ne , N (P,T )
Cerntr Toplantısı, 09.02.12
2
)
Mesut Arslandok
Kalibrasyon ŞART 15
TPC Laser System
à  2 Sides, 6 Laser Rods, 4 Bundles, 7 micro-mirrors
à  336 Laser track (168 on each side) + CE Signal
à z-Positions;
odd rods: ±130, 850,1690, 2470 mm
even rods: ±100, 790, 1630, 2410 mm
Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
16
GOOFIE Online Gas Monitoring System •  Sıcaklık, Basınç ve Gas karışımını görüntüleme •  Gain ve elektron sürüklenme hızı kalibrasyonu Krypton kalibrasyonu à TPC içine krypton radyoakIf gazı enjekte edilir. (Gain için) Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
17
Sıcaklık ? •  496 sıcaklık algılayıcı •  60 individual cooling loop (water cooling) The required temperature stability and homogeneity is less than 0.1 K à to achieve the desired resoluIon in the dri| direcIon. Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
18
Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
19
VERİ YAPILANRILMASI Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
20
Elektronikten Ham Veriye RCU Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
21
Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
22
ReconstrucIon Process Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
23
HAM VERİ Birden Fazla Chunk à RUN Birden Fazla olay à CHUNK • 
• 
• 
• 
• 
• 
1 OLAY Sektör Sıra Hücre Timebin TimeStamp Digit (ADC counts) Cerntr Toplantısı, 09.02.12
TTREE Mesut Arslandok
24
Parçacık İzi Yapılandırılması • 
• 
• 
• 
seed à 5x5 matrisin merkezi Cluster à Matris içindeki sinyallerin ağırlık merkezi. Space point à cluster (global xy) + sürüklenme zamanı Parçacık yörüngesi Yarı merkezi olay Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Merkezi olay Mesut Arslandok
25
Kalman Filter Approach 1.  Track seeding à TPC’nin en dışından içe doğru birincil vertekse. 2.  Tracking outwards and matching with outer detectors. 3.  Rerng the primary tracks back to the primary vertex or, in the case of the secondary tracks, as close to the vertex as possible. Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
26
Parçacık İzinden Parçacık Tanımlanmasına •  Parçacık izi à Bending radius •  Bending radius + ManyeGk alan à Momentum dE/dx à Bir parçacık izi boyunca bulunan tüm clusterların ortalama sinyal değeri Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
27
dE/dx + BetheBloch + Momentum à Parçacık 2
dE 4π Ne 4 1 2 " 2me c 2 2 2 δ (β ) %
''
=
z $$ ln
β γ −β −
2
2
dx
I
2 &
me c β #
• 
• 
• 
• 
• 
• 
z à charge of the projecGle N à number density of electrons in maser e à elementary charge β à velocity of the projecGle I à mean excitaGon energy of the atom. δ(β) à correcGon term (density effect) mean energy loss signal for each parIcle type ParGcles with lifeGmes long enough to reach the TPC are; e, μ, π, K, p, d Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
28
PID calibraIon à Determine the funcGons ( dE/dx )(p) (the red curves) à Fit a parameterizaGon of the Bethe-­‐Bloch curve to a energy loss distribuGon of parGcles which where idenGfied by V0-­‐decays. •  n à number of clusters. •  i à e, μ, π, K, p, d •  P(i) à parGcle’s probability P to belong to a certain specy i. Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
29
ÖZET 1
mplificaIon 1) IONIZATION Gas A(MWPC) 2) ParIcle Trajectory MagneIc F. + Bending Radius Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Signal GeneraIon Cluster Finding + Dri| Time Reconstructed Space Points Momentum dE/dx + Momentum ParIcle IdenIficaIon Mesut Arslandok
30
ÖZET 2
ALICE-­‐TPC: •  Bir gas dedektörü olup MWPC teknolojisini kullanır. •  ALICE deneyindeki ana parçacık izi bulma dedektörüdür. •  Tranverse momentumu 0.2 GeV/c’nin üzerindeki parçacıkların tanımlamasındaki verimi ~%100, 1 GeV/c üzerinde ise ~%90’dır. (Goal à ~100 GeV/c) •  Yüksek parçacık izi yoğunluklu ortamlar için uygun bir dedektördür. •  Büyük hacmi ve gas dedektörü olması nedeniyle çok detaylı bir kalibrasyona ihGyaç duyar. Cerntr Toplantısı, 09.02.12
Mesut Arslandok
31