Date post: | 02-May-2015 |
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Sviluppo di Sviluppo di unun’’interfaccia grafica interfaccia grafica per la certificazione per la certificazione delle camere MDT al delle camere MDT al
CERNCERNAndrea Palaia
Tesi di laurea di primo livello in Fisica
SOMMARIOSOMMARIO
IntroduzioneIntroduzione
LHC e gli esperimentiLHC e gli esperimenti
Esperimento ATLAS (spettrometro per muoni)Esperimento ATLAS (spettrometro per muoni)
Certificazione finale delle camere MDTCertificazione finale delle camere MDT
Analisi del rumore termico dell’elettronica Analisi del rumore termico dell’elettronica
delle camere MDT:delle camere MDT: Software di testSoftware di test
Risultati sperimentaliRisultati sperimentali
ConclusioniConclusioni
IntroduzioneIntroduzione Nel Modello Standard il bosone di Higgs è alla base Nel Modello Standard il bosone di Higgs è alla base
del meccanismo con cui le particelle acquistano del meccanismo con cui le particelle acquistano massa: la sua osservazione è fondamentale per massa: la sua osservazione è fondamentale per verificare la consistenza della teoriaverificare la consistenza della teoria
Debole previsione teorica della sua massa (< 1 Debole previsione teorica della sua massa (< 1 TeV)TeV)
Limiti sperimentali da osservazioni a LEP (> 114 Limiti sperimentali da osservazioni a LEP (> 114 GeV)GeV)
Per poter produrre tali masse è necessario disporre Per poter produrre tali masse è necessario disporre di un collisore con elevata energia nel c.m.s.di un collisore con elevata energia nel c.m.s.
Bassa sezione d’urto Bassa sezione d’urto ( (pb)pb) alta alta luminosità Lluminosità L
Large Hadron ColliderLarge Hadron Collider
Collisioni p-p – 14 TeV nel cmsCollisioni p-p – 14 TeV nel cms(poi anche tra ioni Pb(poi anche tra ioni Pb82+82+))
LuminositàLuminosità
~10~103434cmcm-2-2ss-1-1
10101111 particelle per bunch che collidono ogni 25 particelle per bunch che collidono ogni 25 nsns
Circonferenza ~27 kmCirconferenza ~27 km 1200 dipoli con campo ~8.4 Tesla1200 dipoli con campo ~8.4 Tesla
L =pνN1N2
4πσxσy
CARATTERISTICHE:CARATTERISTICHE:
Esperimenti a LHCEsperimenti a LHCplasma quark-gluoni
violazione simmetria CP
bosone di Higgs
bosone di Higgs
L’esperimento ATLASL’esperimento ATLAS
Orientato alla ricerca del bosone di Higgs tramite l’osservazione dei suoi prodotti di
decadimento
H ZZ 4μ (“Golden Channel”)
ATLAS – rivelatore ATLAS – rivelatore internointerno
Risoluzione misura Risoluzione misura impulso:impulso:
nel caso in cui pnel caso in cui p 500 500 GeVGeV
p
p 30%
Elevata densità di tracceElevata densità di tracce
Elevata granularità del rivelatoreElevata granularità del rivelatore
Campo solenoidale di 2 TeslaCampo solenoidale di 2 Tesla
ATLAS - calorimetriATLAS - calorimetriMisura dell’energia e Misura dell’energia e della direzione delle della direzione delle particelle e dei jetparticelle e dei jet
segmentazionesegmentazione calorimetro elettromagneticocalorimetro elettromagnetico
calorimetro adronicocalorimetro adronico
ΔEE
10%E
= 1%
ΔEE
50%E
= 3%
ATLAS – spettrometro ATLAS – spettrometro per μper μ
3 stazioni di misura 3 stazioni di misura organizzate in torri organizzate in torri proiettiveproiettive
Campo magnetico Campo magnetico toroidale in aria toroidale in aria (minimizza scttering (minimizza scttering multiplo)multiplo)
Rivelatori di trigger Rivelatori di trigger appositiappositi
Necessità di elevata Necessità di elevata precisione nella precisione nella
ricostruzione delle ricostruzione delle tracce e nella misura tracce e nella misura
dell’impulso dei μdell’impulso dei μ
Rivelatori di traccia: Rivelatori di traccia: camere MDTcamere MDT
Forniscono misure di precisione delle tracce nel Forniscono misure di precisione delle tracce nel piano di curvaturapiano di curvatura
Basano il loro funzionamento su tubi a Basano il loro funzionamento su tubi a deriva che operano in regime deriva che operano in regime
proporzionaleproporzionale
Tubi riempiti con miscela Tubi riempiti con miscela di gas Ar (93%) COdi gas Ar (93%) CO22 (7%) (7%) tenuta alla pressione di 3 tenuta alla pressione di 3 bar assolutibar assoluti
Tubi assemblati in Tubi assemblati in layerlayer e e multilayermultilayer
Risoluzione spaziale 80 Risoluzione spaziale 80 µmµm
Camere MDT: read-outCamere MDT: read-out
HV
3080 V
ASD
- soglia- isteresi
TDC
DAQ
Certificazione delle Certificazione delle camere MDTcamere MDT
AllineamentoAllineamento
Controllo dei sensori di temperatura e campo Controllo dei sensori di temperatura e campo
magneticomagnetico
Controllo di tenuta sistema del gasControllo di tenuta sistema del gas
Controllo del sistema distribuzione dell’alta Controllo del sistema distribuzione dell’alta
tensionetensione
Analisi del rumore termico (test di noise)Analisi del rumore termico (test di noise)
Acquisizione dati da raggi cosmiciAcquisizione dati da raggi cosmici
Tutti i rivelatori, già sottoposti a diversi controlli nei siti di produzione, vengono ricontrollati al CERN (eventuale
danneggiamento durante il trasporto)
Test di noise (1)Test di noise (1)
Anche l’agitazione termica degli elettroni nei conduttori provoca la formazione di segnali
Se i segnali superano la tensione di soglia vengono interpretati
dall’elettronica di lettura come eventi
Il test consiste nel contare Il test consiste nel contare per ogni tubo il numero di per ogni tubo il numero di
eventi non dovuti al passaggio eventi non dovuti al passaggio di particelledi particelle
Test di noise (2)Test di noise (2)
Ci sono sempre particelle cosmiche
che generano segnali non di
rumore
Si usa un trigger software random in
modo che prevalgano segnali di rumore
SEGNALE DI
TRIGGER
FINESTRA TEMPORALE di 1.6 μs
Se il tubo n-esimo ha generato un segnale sopra-soglia l’evento
viene registrato
Software di test (1)Software di test (1)
Inizializzazione via JTAG
Start DAQ su crate
VMEAnalisi con
ROOT
Scrittura di un file di log
Upload dei risultati su
DB
linguaggio Object linguaggio Object
Oriented (Java)Oriented (Java)
parametri da file esternoparametri da file esterno
Software di test (2)Software di test (2)
Inizializzazione via JTAG
Start DAQ su crate
VME
Analisi con ROOT
Scrittura di un file di log
Upload dei risultati su
DB
tramite due diversi programmi eseguiti sulla CPU del crate VME
macro in C++
creazione di una struttura logica Tree e di istogrammi + salvataggio in un fileriepilogo dei parametri di esecuzione del testcodici dei mezzanini montati sulla camera
noise per ogni tubo
Analisi dei dati con Analisi dei dati con ROOTROOT
ROOT: tool di analisi basato sul linguaggio C++ (interprete a riga di comando) fortemente
orientato all’analisi di eventi fisiciFramework ufficiale del software on-line e off-
line di ATLAS
lettura dei dati da un file di testo
200000 4 367 11 21324 29 188 11 22322 32 4
costruzione della
struttura logica Tree
creazione di
istogrammi
salvataggio dei
risultati
file di testo
file di ROO
T
Risultato di un test di Risultato di un test di noisenoise
Test di noise in funzione Test di noise in funzione della soglia del della soglia del discriminatorediscriminatore
Test di noise in funzione Test di noise in funzione della soglia per diverse della soglia per diverse
isteresiisteresi
All’aumentare del valore dell’isteresi diminuisce il numero di conteggi
hyst 2 mVhyst 5 mVhyst 9 mVhyst 15 mV
ConclusioniConclusioni Il lavoro di tesi è consistito nello Il lavoro di tesi è consistito nello sviluppo di un software di supporto alla sviluppo di un software di supporto alla procedura di analisi del rumore termico procedura di analisi del rumore termico delldell’’elettronica delle camere MDT.elettronica delle camere MDT.
Il software sviluppato viene Il software sviluppato viene regolarmente utilizzato al CERN presso regolarmente utilizzato al CERN presso tutti i siti della certificazione finale delle tutti i siti della certificazione finale delle camere MDT del barrel di ATLAS, camere MDT del barrel di ATLAS, opportunamente adattato ai diversi opportunamente adattato ai diversi ambienti hardwareambienti hardware
Con tale software è stato possibile Con tale software è stato possibile effettuare studi sulla dipendenza del noise effettuare studi sulla dipendenza del noise dalla soglia e dall’isteresi dei dalla soglia e dall’isteresi dei discriminatori.discriminatori.