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Test des optischen Alignierungssystems des ATLAS
Myonspektrometers
Susanne Mohrdieck-Möckfür die ATLAS Myonkollaboration
Max-Planck-Institut für Physik, München
Frühjahrstagung der DPG 2004, Mainz
Das ATLAS-MyonspektrometerATLAS am LHC: Mehrzweckdetektor zur Suche von Higgs und neuer Physik (14TeV)
Myon Spektrometer:
• toroidales Magnetfeld: <B> = 0.4 T hohe pt-Auflösung für µ von 10-1000GeV unabhängig vom Polarwinkel
• großer Hebelarm wegen hoher ‚stand-alone‘ Genauigkeit 24m x 48m
• Luftspulen zur Minimierung der Vielfachstreuung
• 3 Kammerlagen:- zylindersymmetrisch im Zentralbereich- scheibenförmig in den Endkappen
• Abdeckung: || < 2.7
Kammertechnologien:• schnelle Triggerkammern: TGC, RPC• hochauflösende Spur- detektoren: MDT, CSC
MDT-Kammern in ATLAS• 2 Multilagen an Haltevorrichtung (Spacer)
• je Multilage: 3 Driftrohrlagen in äußeren Kammerlagen von ATLAS4 Driftrohrlagen in innerster Kammerlage
• rechteckig im Zentralbereich trapezförmig in den Endkappen
• Länge: 1 – 6 m, Breite: 1 – 2 m
• optisches System zur Überwachung der Kammerverformung
• Gas: Ar:CO2 (93:7), 3 Bar
Zentralbereich
Endkappen
Anforderungen
Ziel: hohe unabhängige µ-Impuls Auflösung von 2-10% !
Kammerauflösung: 50 µm Monitoring der hohen mechanischen Genauigkeit während der Produktion
ausgefeiltes optisches Alignierungs-system zur Beobachtung von Kammerverformungen und Kammer-verschiebungen (etwa 5300 optische Sensoren)
bei 1TeV: = 10% Sagitta = 500 µm
Teststrahl 2002-2004
axial
projectiv
Das Alignierungssystem Zentralbereich
CCD
Linse
Maske
• projektives System zwischen den drei Kammerlagen– basiert auf der RASNIK Technologie – projektiv: Verlängerung der optischen Linien zeigt auf WW-punkt– 4 Linien, je eine in jeder Ecke eines Turms– Korrektur auf Spursagitta mit 30 m Genauigkeit– Präzision der Alignierung
• axiales System zwischen benach- barten Kammern einer Lage
– basiert auf der RASNIK Technologie – ermöglicht Verschmelzung zweier benachbarter Kammern zu einer Einheit (verwendet im projektiven System)
verringert Anzahl der projektiven Linien
• Kammerverformungen mit RASNIK-System
azimutal
pseudo-projectiv
Balken
• azimutale Sensoren zwischen benachbarten Kammern sowie zwischen Kammern und Balken
Überwachung der Kammerpositionen im Balkengitter
• Balken- und Kammerverformungen mit RASNIKs
Das AlignierungssystemEndkappen
• System mit minimaler Anzahl an pseudo-projektiven Linien zwischen Hilfsbalken (Alignmentbars)
– Balken radial in Kammerlage angeordnet– Verwendung von BCAMs und RASNIKs– projektive Monitore – azimutale Sensoren zwischen Balken einer Lage
relative Position der Balken zueinander
Systemtest am CERN (in H8)
Endkappenbereich
Zentralbereich
Test eines vollständigen Sektors für Zentralbereich und Endkappenim Myonstrahl am CERN
25m
µ
Zentralbereich:- je 2 MDTs der inneren, mittleren und äußeren Lage- mittlere + äußere Lage mit RPCs ausgestattet
Endkappen:- je 2 MDTs der inneren, mittleren und äußeren Lage- TGCs implementiert
• kontrollierte Verschiebungen und Drehungen einer Kammer Vgl. von Spurrekonstruktion und optischem Alignierungssystem
• Test der Präzision
• Kalibrierung des Alignierungssystems mit geraden Spuren
Test des Systems - Strategieim Vgl. zu einem Referenzdatensatz ohne Verschiebungen/Drehungen:(relative Alignierung)
• Bestimmung der Kammerpositionen mit dem optischen Alignierungssystems
• Bestimmung von Spursegmenten in den Kammerlagen und Berechnung der Sagitta mit und ohne Korrekturen aus dem Alignierungssystems
• Berechnung der Präzision aus dem RMS der mittleren korrigierten Sagittawerte
äußere Kammern
mittlere Kammern
innere Kammern
Sagit
ta n
ach
Alig
nm
entk
orr
ekt
ur
[µm
]
Verschiebung [µm]
MPI/Saclay
Verschiebung der Kammer
Sagitta [µm]
Verschiebung [µm]
Sagit
ta [
µm
]Relative Alignierung (I)
Zentralbereich
• Korrelation zwischen Sagitta und gezielter relativer Verschiebung
• Korrektur der Kammerposition mit dem Alignierungssystem stabile Sagitta mit RMS < 20µm
Relative Alignierung (II) Zentralbereich
„Rotation“ um die Strahlachse [µm]
Anhebung der Kammer an Aufhängung
MPI/Saclay
Rotation um die Rohrachse [mrad]Sagit
ta [
µm
]
Rotation der Kammer
• Sagitta stabil nach Korrektur der Kammerposition mit dem Alignierungssystem
• RMS < 20µm Alignierungssystem im Zentralbereich funktioniert
Sagit
ta [
µm
]
Relative Alignierung (III) Endkappen
SagittaAlignierungssystem - SagittaSpur
RMS < 20µm
Endkappen-Alignierungssystem sagt Spursagitta vorher
CERN/Michigan
Kalibrierung mit geraden Spuren
Präzision der absoluten Alignierung durch Sensorpositionierung beschränkt Verbesserung der Präzision durch Kalibrierung mit geraden Spuren
Ziel: Bestimmung des Beitrags SFehlposi. der Fehlpositionierung der optischen Sensoren in der gemessenen Spursagitta
Vorgehen: • Teilchenspuren = gerade Linien ( ohne Magnetfeld )
• gemessene Spursagitta Ssp = Smis.align. + SVielfach.
• vom optischen System Sop= Smis.align. + SFehlposi.
• Residuum: Sres = Ssp – Sop = SFehlposi. + SVielfach.
SFehlposi. c00 + c10•tan() + c01•tan() + c11•tan()•tan() + c02•tan2() cij definiert durch die Fehler auf den extrahierten Kammerpositionen
stochastisch, Vielfachstreuung
im Mittel 0
systematischer Bias in den rekonstruierten Kammerpositionen und in der Spursagitta
mit ausreichender Statistik im gesamten - Bereich
Extraktion von SFehlposi. durch Fit von Sres möglich
Studien zur KalibrierungAnalyse-Strategie:
• Verwendung von Teststrahldaten im Zentralbereich - Abdeckung in durch Variation des Strahls mit Magneten - in nur Strahldivergenz, keine Variation möglich• Verwendung der Alignierungskorrekturen auf die Kammerpositionen
• Betrachtung der Sagitta = SFehlposi. als Funktion von und
nächste Schritte:• Untersuchung der -Abhängigkeit
• Parametrisierung der Sagittaänderung mit und
[mrad]
Sagit
ta [
mm
]
MPI/Saclay
Zusammenfassung und Ausblick
• komplexes Alignierungssystem des ATLAS Myonspektrometers
• Test im Myonstrahl am CERN
• Ergebnisse im Zentralbereich: • Alignierungssystem reproduziert relative Verschiebung und Drehungen mit 20m Genauigkeit auf der Spursagitta
• in den Endkappen:• Alignierungssystem reproduziert relative Verschiebung mit 20m Genauigkeit
• absolute Alignierung
• Untersuchung der Verbesserung der Genauigkeit durch Kalibrierung mit geraden Spuren begonnen
Red Alignment System of NIKHEF – RASNIK:
BCAM - Boston CCD Angular Monitor:
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