Диссертация (1145387), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Для электронов с энергией выше 2 ГэВ фотоны переходногоизлучения регистрируются как минимум в 7 дрейфовых трубках.В центральной части детектора переходного излучения [84] дрейфовые трубкирасположены вдоль пучка. Дрейфовые трубки собираются в модули, каждый из которых состоит из углепластиковой оболочки толщиной 400 мкм. Внутренний объем модуля заполнен слоями пленки из пресcованных полипропиленовых волокон диаметром43Рисунок 7 — Схематический вид модулей детектора переходного излучения в центральной (слева) и торцевой (справа) частях детектора.19 мкм, которая предназначена для создания переходного излучения.
Трубки фиксируются в точных отверстиях в крышках модуля и поддерживаются по всей длине ∼ 1 мслоями пленки. Модули образуют три концентрических цилиндрических слоя, в каждомиз которых расстояние между трубками составляет примерно ∼ 7 мм. На рисунке 7 показан схематический вид модуля центральной части детектора переходного излучения.Торцевая часть детектора переходного излучения [85] состоит из двух разных типов цилиндрических модулей, в которых дрейфовые трубки расположены радиально поотношению к пучку протонов. В 12 модулях, расположенных ближе всего к точке взаимодействия, расстояние между дрейфовыми трубками по оси z, направленной вдольпучка, составляет 8 мм. Каждый модуль содержит восемь слоев дрейфовых трубок длиной ∼ 37 мм.
Каждый слой в модуле повернут по азимутальному углу ϕ относительнопредыдущего на 3/8 углового расстояния между дрейфовыми трубками. У следующих8 модулей расстояние между трубками составляет 15 мм. Пространство между дрейфовыми трубками заполнено слоями полипропиленовой пленки толщиной ∼ 15 мкм, разделенных полипропиленовой сеткой. Пленка предназначена для создания переходногоизлучения. На рисунке 7 показан схематический вид модуля торцевой части детекторапереходного излучения.Для того чтобы достигнуть пространственного разрешения в плоскости R − ϕ130 мкм, точность установки анодных проволок в центральной и торцевых частях детектора переходного излучения не должна быть хуже 50 мкм.2.2.3Характеристики детектора переходного излученияВысокоточное определение координат трека во внутреннем детекторе выполняется полупроводниковыми пиксельными и стриповыми детекторами, которые расположены на небольших расстояниях (на радиусе от 30 см до 60 см) от оси пучка.
Измерениебольшего количества координат на треке, но с меньшей точностью, обеспечивает детектор переходного излучения. На рисунке 8 показано импульсное разрешение внутреннего44Рисунок 8 — Импульсное разрешение внутреннего детектора эксперимента ATLAS взависимости от поперечного импульса частицы pT , измеренное с помощью треков космических мюонов.детектора в зависимости от импульса частицы. Измерения были выполнены на трекахкосмических мюонов с использованием детектора переходного излучения и без него.Как видно из графиков, на рисунке 8 использование детектора переходного излученияулучшает импульсное разрешение треков с pT ∼ 100 ГэВ примерно в три раза.Идентификация электронов в детекторе переходного излучения основана на регистрации квантов переходного излучения, которые возникают при прохождении заряженной частицы через границы радиаторов — набора полипропиленовых фольг, расположенных между дрейфовыми трубками. В детекторе переходного излучения используется двухпороговая электроника, которая позволяет отделить сигнал минимально ионизирующей частицы (∼ 250 эВ) от сигнала поглощения кванта переходного излучения(∼ 6 кэВ).
Для идентификации частиц вычисляется доля дрейфовых трубок, в которыхпри прохождении заряженной частицы был зарегистрирован сигнал с высоким порогомпо отношению ко всем дрейфовым трубкам, через которые она прошла. Распределенияпо доле дрейфовых трубок c высоким порогом для электронов и адронов (π-мезонов)представляют из себя почти распределения Гаусса, средние значения которых не совпадают друг с другом. Центральное значение распределения для электронов больше, чемдля адронов. На основании этих распределений выбирается порог по доле дрейфовыхтрубок c высоким порогом так, чтобы не менее чем для 90% электронов доля дрейфовых трубок с высоким порогом была выше порога. Эффективность идентификациихарактеризуется коэффициентом подавления адронов krej = 1/Fπ , где Fπ – доля ошибочно идентифицированных пионов, которым тоже удалось превысить данный порог.Коэффициент подавления для детектора переходного излучения достигает krej ∼ 100.На рисунке 9 показана вероятность срабатывания высокого порога в зависимостиот Лоренц фактора частицы γ = E/m, измеренная в данных, и вычисленная с помощью моделирования работы детектора переходного излучения.
Для измерения вероятности срабатывания высокого порога в данных для частиц с Лоренц фактором γ > 10000.30.250.20.15High-threshold probabilityHigh-threshold probability45ATLAS PreliminaryTRT barrelData 2010 ( s = 7 TeV)Monte Carlo0.10.0501010110Pion momentum [GeV]310410510110Electron momentum [GeV]0.250.20.15ATLAS PreliminaryTRT end-capsData 2010 ( s = 7 TeV)Monte Carlo0.10.05γ factor20.30γ factor10210110Pion momentum [GeV]310410105110Electron momentum [GeV]Рисунок 9 — Вероятность срабатывания высокого порога в зависимости от Лоренц фактора частицы γ = E/m, измеренная в данных и вычисленная с помощью моделированных событий, для центральной части (слева) и торцевых частей (справа) детекторапереходного излучения.отбирались электроны, образовавшиеся в результате конверсии фотонов.
Для частицс γ < 1000 использовались все зарегистрированные треки в предположении, что этоπ-мезоны. Как видно из графиков на рисунке 9, вероятность срабатывания высокого порога начинает возрастать для частиц с γ ∼ 1000 и достигает насыщения при γ ∼ 10000.При этом для торцевой части максимальная вероятность срабатывания высокого порогасоставляет ∼ 0, 27, в то время как в центральной части ∼ 0, 23, что обусловлено разнымвыбором материала радиаторов.
Вероятность срабатывания высокого порога в зависимости от Лоренц фактора частицы, измеренная в данных и вычисленная с помощьюмоделирования, хорошо согласуется между собой.Детектор переходного излучения измеряет координату заряженной частицы, пересекающей дрейфовую трубку, путем измерения времени дрейфа. При таком измеренииопределяется только расстояние от точки, где произошла ионизация, до анодной проволоки. Таким образом измеряется радиус дрейфа.
Распределение по разностям междуминимальным расстоянием от реконструированного трека до центра дрейфовой трубкии радиусом дрейфа показано на рисунке 10 для данных и моделированных событий вцентральной и торцевых частях детектора переходного излучения. Ширина этих распределений, или пространственное разрешение детектора, определяется фитированиемполученных распределений, распределением Гаусса в пределах 1,5σ вокруг их центральных значений. Ошибка определения пространственного разрешения, полученная в результате фитирования распределения, меньше 0,1 мкм.
Для построения распределенийна рисунке 10 использовались треки с pT > 2ГэВ, которые вызвали срабатывание неменее чем 15 дрейфовых трубок. Как видно из графиков на рисунке 10, разрешениедетектора переходного излучения составило 120 мкм в центральной части детектора и135 мкм в торцевых частях, что несколько лучше проектного значения.×10320001800ATLAS PreliminaryTRT barrelEntries / 0.008 mmEntries / 0.008 mm46Data 2011 ( s = 7TeV)Simulation1600140012001000800Data:σ = 120 μmSimulation:σ = 132 μm×1035000ATLAS PreliminaryTRT end-capsData 2011 ( s = 7TeV)Simulation400030002000Data:σ = 135 μmSimulation:σ = 131 μm60040010002000-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8Position residual [mm]0-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8Position residual [mm]Рисунок 10 — Распределение по разностям между минимальным расстоянием от реконструированного трека до центра дрейфовой трубки и измеренным радиусом дрейфа дляданных и моделированных событий.2.32.3.1Реконструкция и идентификация электроновРеконструкция электронов˙ 2,47)Реконструкция электронов в центральной области детектора ATLAS (|η|<начинается с построения энергетических кластеров в электромагнитном калориметре(ЭМ), которые затем связываются с треками заряженных частиц, реконструированными во внутреннем детекторе (ВД) и попавшими в кластер в ЭМ калориметре [86].
Дляпостроения энергетических кластеров пространство электромагнитного калориметра вплоскости η − ϕ разбивается на 200 × 256 областей размером ∆η × ∆ϕ = 0, 025 × 0, 025(∼ 4 × 4 см2 при η = 0) каждая. Размер области определяется минимальным размеромячейки, в которой измеряется энергия во втором слое ЭМ калориметра. Второй слойЭМ калориметра служит для прецизионного измерения энерговыделения и имеет наибольшую толщину ∼ 16X0 радиационных длин. Для реконструкции кластеров в ЭМкалориметре используется алгоритм скользящего окна [87] размером 3 × 5 ячеек в пространстве η −ϕ. Энергия кластера определяется суммированием энергии, выделившейсяво всех слоях ЭМ калориметра.
После реконструкции рассматриваются только кластеры с энергией больше 2,5 ГэВ, утечкой энергии в адронный калориметр не выше 10% иотношением энергии кластера, определенной в ячейках 3 × 7, к энергии, определенной вячейках 7 × 7, не больше 65%. Для таких кластеров, вокруг его барицентра, в пространстве переменных η − ϕ определяется конус размером ∆R = 0, 3, который определяеттак называемую область интересов кластера. Треки заряженных частиц, которые находятся в конусе ∆R < 0, 3 вокруг барицентра кластера, связываются с кластером. Какпоказывает моделирование, алгоритм реконструкции кластеров позволяет реконструировать электроны, начиная с энергии ET = 7 ГэВ, при этом эффективность регистрации47составляет ∼ 99% для электронов с энергией ET = 15 ГэВ и достигает 99,9% для электронов с энергией ET = 45 ГэВ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
