Влияние точности позиционирования модулей трековых детекторов на реконструкцию физического сигнала в экспериментах Hera-B и CMS и геометрическое выравнивание внешнего трекера детектора Hera-B

• Автор: Белотелов, Иван Иванович
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 95 с. : ил.

1 Введение

1.1 Актуальность темы диссертации

1.2 Цели и задачи исследования

1.3 Научная новизна и значимость работы

1.4 Апробация и публикации

1.5 Структура и объём диссертации

2 Эксперимент Нега-В

2.1 Физическая программа эксперимента Нега-В

2.1.1 Стандартная модель физики фундаментальных взаимодействий

2.1.2 Дискретные симметрии в Стандартной модели

2.1.3 CP-нарушение в Стандартной модели

2.1.4 Поиск CP-нарушения в распадах В-мезонов
2.1.5 Измерение сечения рождения ЬЬ
2.1.6 Ядерные эффекты в рождении чармония
2.1.7 Изучение рождения очарованных барионов
2.1.8 Поиск экзотических барионов
2.2 Ускорительный комплекс Нега
2.3 Детектор Нега-В
2.4 Мишень
2.5 Вершинный детектор (VDS)
2.6 Магнит
2.7 Внешний трекер (OTR)
2.8 Внутренний трекер (ITR)
2.9 Детектор переходного излучения (TRD)
2.10 Детектор черенковского излучения (RICH)
2.11 Электромагнитный калориметр (ECAL)
2.12 Мюонная система (MUON)
2.13 Система триггеров
2.14 Реконструкция событий
2.14.1 Подготовка измерений
2.14.2 Локальная реконструкция
2.14.3 Стыковка сегментов и построение треков
2.14.4 Идентификация частиц
2.14.5 Поиск вершин
2.15 Моделирование
2.15.1 Моделирование физических событий
2.15.2 Моделирование детектора
3 Математический аппарат геометрического выравнивания
3.1 Внутреннее геометрическое выравнивание детектора как проблема минимизации функционала
3.2 Минимизация функционала геометрического выравнивания

3.2.1 Итеративное фитирование смещённых данных
3.2.2 Использование внешних треков
3.2.3 Использование особой структуры матрицы нормальных уравнений
3.3 Алгоритм выравнивания Millepede
3.4 Внешние степени свободы
3.5 Сингулярное разложение
3.6 Исследование внешних степеней свободы простой модели
детектора с помощью сингулярного разложения
3.7 Обобщение математического формализма выравнивания
для случая нелинейной модели трека
4 Изучение выравнивания с помощью монте-карло-модели
внешнего трекера
4.1 Монте-карло-модель внешнего трекера детектора Нега-В
4.2 Моделирование геометрии детектора, отличной от номинальной
4.3 Сингулярное разложение
4.4 Тестирование сценариев фиксации внешних степеней
свободы
4.5 Зависимость качества выравнивания от числа использованных треков
4.5.1 Абсолютное остаточное отличие от номинальной
геометрии
4.5.2 Нормированные невязки
5 Выравнивание детектора с использованием данных
5.1 Отбор треков
5.2 Испытание и сравнение
5.3 Влияние отличия геометрии внешнего трекера от номинальной на реконструкцию
5.4 Влияние на качество реконструкции во внешнем трекере
5.5 Влияние на реконструкцию распадов J/ф —> /х/х
5.6 Влияние на реконструкцию распадов Kas
6 Исследование влияния невыровненное детектора на реконструкцию мюонов в эксперименте CMS
6.1 Детектор CMS
6.1.1 Мюонная система
6.1.2 Трекер
6.2 Физическая программа CMS
6.3 Моделирование невыравненности детектора
6.4 Влияние невыравненности на качество реконструкции
6.4.1 Нсвыравнснность мюонной системы
6.4.2 Невыравненность мюонной системы и трекера
6.4.3 Димюонные распады
7 Заключение
Литература
Список иллюстраций

1. Введение
Эксперимент Hera-В проектировался для измерения параметров CP-нарушения в распадах нейтральных В-мезонов. Текущая физическая программа эксперимента включает измерение сечения рождения bb, исследование ядерных эффектов в рождении чармония, поиск экзотических барионов. Камеры реконструкции треков внешнего трекера (PC) являются одной из ключевых подсистем магнитного спектрометра. Измерения в них используются как триггером для отбора событий, так и программой реконструкции во время финального анализа.
PC-камеры внешнего детектора Hera-В состоят из 998 отдельных чувствительных плоскостей. Плоскости образуют 24 слоя, слои образуют 4 суперслоя. Некоторые слои повёрнуты на ±80 мрад. Суперслои поделены на 2 части: (+) и (-) половины, надеваемые на трубу протонного пучка. Проектная точность измерения координаты составляет 200 мкм. Точность же позиционирования модулей в слое и слоя относительно других подсистем детектора существенно ниже. Поэтому для получения максимальной точности нужна специальная процедура выравнивания, позволяющая определить геометрические поправки к номинальной геометрии.
CMS - детектор общего назначения на Большом адронном коллайдере - предназначен для проведения широкого спектра исследований. Требования, налагаемые на детектор программой физических исследований, включают надёжную идентификацию мюонов, хорошее импульсное разрешение в широком диапазоне импульсов от единиц ГэВ до нескольких ТэВ в диапазоне псевдобыстрот г] < 2.5, хорошее разрешение по инвариантной массе (~ 1% для Minv =100 ГэВ), надёжную идентификацию знака заряда для энергий вплоть до 1000 ГэВ.
Две подсистемы детектора CMS, отвечающие за реконструкцию траекторий частиц - мюонная система и трекер, являются сложнейшими составными детекторами. Мюонная система детектора CMS [85] состоит из центральной цилиндрической части (Barrel Detector) и двух торцевых частей (Endcap Detector). Центральная часть состоит из 250 камер, собранных в 4 группы (“станции”), находящихся внутри возвратного ярма магнита детектора. Каждая станция содержит сборку из одной DT-камеры (камеры, использующие технологию дрейфовых трубок) и одной или двух RPC-камер. DT-камеры в трёх внутренних станциях состоят из 12 слоев дрейфовых трубок, разделённых на 3 группы по 4 слоя, называемых суперслоями. 2 торцевые части состоят из 468 катодно-стриповых камер. Каждая часть состоит из 4-х групп камер, так называемых “станций”, смонтированных на дисках, закрывающих соленоидальный магнит перпендикулярно оси пучка. Каждая катодно-стриповая камера состоит из 6-ти газовых промежутков, ограниченных катодной плоскостью с нарезанными стрипами с одной стороны и анодными проволочками с другой. Внешний радиус достигает 115 см, полная длина - 540 см. Вблизи области взаимодействия в центральной части находятся 3 слоя гибридных пиксельных детекторов на радиусе от 4, 7 и 11 см. Размер пикселов
3. Математический аппарат геометрического выравнивания
8 10 12
оагатеїег питЬег
в 8 10 12
Рис. 3.8. Форма спектра сингулярных значений (слева), и две строки сингулярных матриц, соответствующие нулевым сингулярным числам в случае когда внешние степени свободы зафиксированы (справа)
не были бы корректно зафиксированы, в результате процедуры выравнивания детектор вместе с внутренним выравниванием мог бы получить значительный общий сдвиг.
а < *
Ь) °

Рис. 3.9. Простой тест фиксации внешних степеней свободы а) начальная невыравненность, Ь) после выравнивания с учётом внешних степеней свободы, с)после выравнивания без учёта внешних степеней свободы
Первые два графика на рис.3.9 показывают начальную смоделированную невыравненность детектора. Следующая пара показывает ситуацию после выравнивания если на матрицу С накладывались дополнительные ограничения. Если же матрица С оставалась недоопределённой, решение оказывается смещённым - это показано на последних графиках.