Исследование и оптимизация параметров катодно-стриповых камер для прецизионной мюонной станции установки «компактный мюонный соленоид» (CMS) на большом адронном коллайдере (LHC)
Диссертация
Около 500 мкб. Это означает, что около 10 таких пар будет произведено даже на начальной стадии работы LHC при низкой светимости. CMS будет способен широко использовать эту уникальную возможность. Основной задачей является исследование нарушения CP — четности в В — секторе. Детальные исследования показали, что чувствительность CMS будет порядка O (sin2d>) ~ 0.06 для углов аир унитарного… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. Многопроволочная пропорциональная камера с катодным считыванием информации — базовый детектор в торцевых областях детекторов частиц на Большом Адронном Коллайдере (LHC)
- 1. 1. Коллайдер LHC
- 1. 2. Детекторы общего назначения
- 1. 2. 1. Компактный мюонный соленоид (CMS)
- 1. 2. 2. Назначение подсистем установки CMS
- 1. 2. 3. A Toroidal LHC Apparatus (ATLAS)
- 1. 2. 4. Назначение подсистем установки ATLAS
- 1. 3. Мюонная система установки CMS
- 1. 3. 1 Назначение мюонной системы
- 1. 3. 2. Требования к мюонному спектрометру
- 1. 3. 3. Торцевая часть мгаонного спектрометра
- 1. 3. 4. Многопроволочная пропорциональная камера (MWPC)
- 1. 3. 5. Электрическое поле в MWPC
- 1. 3. 6. Загрузочная способность MWPC
- 1. 3. 7. Катодно-стриповая пропорциональная камера (CSC)
- 1. 4. Мюонная система установки ATLAS
- 1. 4. 1. Катодно-стриповые камеры установки ATLAS
- 1. 5. Базовый детектор — катодно-стриповая камера. 1.5.1 Мюонная станция МЕ1/
- 1. 6. Основные этапы решения задачи точной регистрации координаты мюона в условиях неоднородного поля и значимых фоновых загрузках
- ГЛАВА 2. Оптимизация параметров катодно-стриповой камеры (МПК)
- 2. 1. Методы определения координаты частицы в камере по информации со стрипов
- 2. 1. 1. Методы определения координаты частицы для одной плоскости камеры
- 2. 1. 2. Методы фитирования мюонных треков
- 2. 2. Координатное разрешение камеры
- 2. 2. 1. Влияние магнитного поля на координатное разрешение камеры
- 2. 3. Эффективность реконструкции мюонных треков
- 2. 4. Временное разрешение камеры
- 2. 4. 1. Временное разрешение камеры по информации с анодов
- 2. 4. 2. Временное разрешение камеры по информации с быстрых катодов
- 2. 5. Триггерные свойства камеры
- 2. 5. 1. Эффективность регистрации треков по информации с анодов камеры
- 2. 5. 2. Координатное разрешение и эффективность регистрации треков по информации с быстрых катодов камеры
- 2. 6. Влияние количества точек выборки и хранения формы сигнала в аналоговой памяти (Analog Pipeline) на восстановление координаты мюона и момента времени его пролета через камеру
- 2. 6. 1. Деградация точности восстановления координаты одиночного мюона для случая однократного измерения формы сигнала
- 2. 6. 2. Зависимость точности восстановления координаты одиночного мюона от числа измерений формы сигнала
- 2. 6. 3. Зависимость точности восстановления координаты одиночного мюона от числа измерений формы сигнала (случай двух частиц)
- 2. 6. 4. Зависимость точности восстановления координаты и временной характеристики одиночного мюона от числа измерений формы сигнала
- 2. 6. 5. Зависимость точности восстановления координаты и временной характеристики одиночного мюона от числа измерений формы сигнала (случай двух частиц)
- 2. 6. 6. Зависимость точности восстановления координаты одиночного мюона от числа измерений формы сигнала в условиях некоррелированного фона
- 2. 6. 7. Зависимость точности восстановления ширины стрипа (радиуса) координаты и времени пролета одиночного мюона от числа измерений амплитуды сигнала в условиях некоррелированного фона
- 2. 7. Оптимизация параметров камеры
- 2. 7. 1. Моделирование координатного разрешения катодно-стриповой камеры
- 2. 7. 2. Оптимизация расстояния между анодом и катодом
- 2. 7. 3. Вычисление эффективного угла наклона анодной проволоки
- 2. 8. Применение методов анализа МПК для иных детекторов
- 2. 1. Методы определения координаты частицы в камере по информации со стрипов
- ГЛАВА 3. Исследование характеристик камеры мюонной станции
- МЕ1/1 в условиях, близких к реальным в эксперименте CMS
- 3. 1. Изучение влияния коррелированного фона на координатное разрешение камеры и эффективность реконструкции мюонных треков
- 3. 2. Изучение влияния адронной компоненты на МЕ1/
- 3. 3. Моделирование электромагнитного сопровождения и адронных ливней в МЕ1/1 (сравнение с экспериментом)
- 3. 4. Изучение влияния некоррелированного фона
- 3. 4. 1. Измерение координатного разрешения и эффективности реконструкции мюонных треков
- 3. 4. 2. Измерение временного разрешения камеры и эффективности регистрации треков
- 3. 5. Изучение влияния коэффициента газового усиления камеры на ее характеристики
- 3. 6. Оценка координатной точности и эффективности реконструкции треков для финальной версии детектора
- ГЛАВА 4. Определение параметров локальных систем координат детекторов в общей системе координат установки
- 4. 1. Параметры локальных систем координат
- 4. 2. Определение параметров локальных систем координат детекторов первой мюонной станции
- 4. 3. Контроль качества на этапе производства и сборки детектора
- 4. 4. Аппаратные средства контроля положения детекторов
Список литературы
- LHC. The large hadron collider. Conceptual design. CERN/AC/95−05, LHC, Geneva, Switzerland, 1995.
- CMS. The Compact Muon Solenoid. Technical Proposal. CERN/LHC 94−38, LHCC/P1, Geneva, Switzerland, 1994.
- ATLAS. Technical Proposal. CERN/LHC 94−43, LHCC/P2, Geneva, Switzerland, 1994.
- I.Golutvin et al., Study of fundamental properties of the matter in super high energy proton-proton and nucleus-nucleus interactions at CERN LHC. Participation in CMS Collaboration. RDMS CMS Project, 96−85 CMS Document, pp. 1−53, CERN, 1995.
- N.Krasnikov and V. Matveev, Physics at LHC, Particles and Nuclei, Letters, vol.28 (part 5), JINR, Dubna, Russia, 1997, pp.1125−1189.
- J. Mnich, Standard Model. Physics at the LHC, Proceedings of «Physics at LHC» Conference, Vienna, Austria, July 13−17 2004, CMS-CR-2004/043.
- R. Kinnunen, LHC Potential for the Higgs Boson Discovery, Proceedings of «Hadron Structure 2004», Smolenice Castle, Slovakia, 2004, CMS-CR-2004/058.
- CMS Collaboration, G.L.Bayatian et al., CMS. The Tracker Project. Technical Design Report, CERN/LHCC 98−6, CMS TDR 5, pp. xxx, 15 April 1998.
- CMS Collaboration, G.L.Bayatian et al., CMS. The Electromagnetic Calorimeter Project Technical Design Report, CERN/LHCC 97−33 CMS TDR 4, pp.1−386, 15 December 1997.
- CMS Collaboration, G.L.Bayatian et al, CMS. The Hadron Calorimeter Project. Technical Design Report, CERN/LHCC 97−31 CMS TDR 2, pp. 1507, 20 June 1997.
- CMS Collaboration, G.L.Bayatian et al., CMS. The Muon Project. Technical Design Report, CERN/LHCC 97−32 CMS TDR 3, pp. 1−441, 15 December 1997.
- ATLAS Muon Collaboration, ATLAS Muon Spectrometer Technical Design Report, CERN/LHCC/97−22 ATLAS TDR 10, 31 May 1997.
- V. Polychronakos et al., Construction of the ATLAS CSC chambers, Nucl. Instrum. Meth. A888, p. 821−840, 2007.
- Y.Erchov et al., MEl/1 Engineering Design Review, 1999−035 CMS Document, pp.1−118, CERN, May 1999.
- F. Sauli, Principles of Operation of Multiwire Proportional and Drift Chambers, CERN 77−09, 1977.
- A.Peisert and F. Sauli, Drift and diffusion of electrons in gases: a compilation, CERN 84−08, 1984.
- F. Sauli, New developments in gaseous detectors, CERN 2000−108, 2000.
- P.Rice-Evans, Spark, streamer, proportional and drift chambers, London, The Richelieu press limited, 1974.
- E. Gatti et al., Optimum geometry for strip cathodes or grids in MWPC for avalanch localization along the anode wires, Nucl.Instr. and Meth. 163 (1979) pp.83−92.
- G. Charpak et al., High-accuracy localization of minimum ionizing particles using the cathode-induced charge center of gravity read-out, Nucl.Instr. and Meth. 167 (1979) pp.455−464.
- E. Gatti et al., Nucl.Instr. and Meth. 188 (1981) p.327.
- I.Endo et al., Nucl.Instr. and Meth. 188 (1981) p.51.
- J.Chiba et al., Nucl.Instr. and Meth. 206 (1982) p.451.
- H.van der Graaf et al., Nucl.Instr. and Meth. A 307 (1991) p.220.
- K.Lau and J. Purlik, Nucl.Instr. and Meth. A 366 (1995) p.298.
- A.Chvyrov et al., The Spatial Resolution of 3×0.3 m^ Dubna CSC Prototype (preliminary results). GEM technical note, SSCL GEM-TN-93−466, 1993.
- V.Gratchev et al., Position and timing resolution of interpolating cathode strip chamber in a test beam. BNL-CSC-94−2, USA, 1994.
- A.Chvyrov et al., Study of comparator and digital algorithms for muon trigger with MF1 prototype 95 test beam data, CMS TN/95−160, CERN, 1995.
- A.Chvyrov et al., Bunch crossing identification study on MF1 prototype beam test data, CMS TN/95−161, CERN, 1995, pp. 1−9.
- C.Albajar et al., Electromagnetic secondaries in the detection of high energy muons, Nucl.Inst. and Meth. A364 (1995) pp.473−487.
- V.Karjavin, Muon trigger based on MF1 test results, First RDMS CMS Collaboration Meeting, 96−075 CMS Document, pp.1−200, CERN, 11−15 December 1995.
- M.M.Baarmand et al., Test of cathode strip chamber prototypes. CMS Note/97−078, CERN, 1997.
- I.Golutvin et al., MEl/1 prototype in the integrated test, CMS TN/97−084, CERN, 1997.
- G. Wrochna et al. Muon Trigger of the CMS detector for LHC. CMS Note 1997/096, CERN, 1997.
- Yu.Erchov et al., Fabrication and test of the full-scale P3 prototype of the MEl/1 CSC, CMS IN 1997/003, pp. 1−4, CERN, 1997. f
- К.А.Зубов, В. Ю. Каржавин, С. А. Мовчан, П. В. Мойсенз. Математическое обеспечение многопроволочной пропорциональной камеры с катодным считыванием информации, Сообщение ОИЯИР10−99−118, Дубна, 1998.
- П.В. Мойсенз, Е. М. Негодаева, Катодно-стриповые камеры ENDCAP CMS. Работа в магнитном поле. Препринт № 47, ФИАН, Москва, 1998.
- I.Golutvin et al., Increasing of muon track reconstruction efficiency in ME 1/1 Dubna prototype for the CMS/LHC, JINR Rapid Communications No. l 93]-1999, JINR, Dubna, Russia, 1999, p.47.
- I.Golutvin et al., The study of CSC strip readout electronics operation at high background rates, CMS TN/99−055, CERN, 1999.
- Ю.В.Ершов, И. А. Голутвин, В. Ю. Каржавин и др., РЗ-полномастабный прототип КСК ME 1/1, Сообщение ОИЯИ Е13−99−296, Дубна, 1999.
- I.Golutvin et al., Robust estimates of track parameters and spatial resolution for CMS muon chambers, Computer Physics Communications vol.126 (2000) pp.72−76.
- Ю.В.Ершов, Л. Н. Глонти, И. А. Голутвин и др., Р4-предсерийный прототип КСК ME 1/1., Сообщение ОИЯИ Е13−2000−26, Дубна, 2000.
- S. Movchan, P. Moissenz and S. Khabarov, The Influence of Readout Number of Samples in Analog Pipeline to Muon Spatial and Timing Resolution of Cathode Strip Chamber of the Compact Muon Solenoid Set Up (CMS). JINR PI 0−2000−183, Dubna, Russia, 2000.
- S. Movchan, K. Moissenz and P. Moissenz, Cathode Strip Chamber Traiismission Function and Single Layer Spatial Resolution for Clusters with Overflow. JINR PI0−2000−108, Dubna, Russia, 2001.
- S.Movchan and P.Moissenz. The method of anode wire incident angle calculation of the first muon station (ME 1/1) of the Compact Muon Solenoidset up (CMS), Particles and Nuclei, Letters, No.4 107.-2001, JINR, Dubna, Russia, 2001, pp. 82−92.
- I. Golutvin et al., The Rate Capability of the CSC Readout Electronics, Particles and Nuclei, Letters, No.4107]-2001, JINR, Dubna, Russia, 2001, pp.45−53.
- S. Movchan, К. Moissenz and P. Moissenz, Alignment of the First Muon Station (ME 1/1) of the Compact Muon Solenoid Set-up (CMS). JINR P10−2001−50, Dubna, Russia, 2001.
- I. Golutvin et al, Cathode strip chamber data analysis, Proceedings of the 7th International Conference on Advanced Technology @ Particle Physics (ICATPP-7), World Scientific, 2002, pp.282−288.
- Yu.Erchov et al., Cathode strip chamber performance of the CMS ME1/1 muon station, Proceedings of the 7th International Conference on Advanced Technology @ Particle Physics (ICATPP-7), World Scientific, 2002, pp.347 351.
- И.А.Голутвин, Ю. Т. Кирюшин, С. А. Мовчан и др., Робастные оптимальные оценки параметров трек-сегментов в катодно-стриповых камерах эксперимента CMS, ПТЭ, № 6, 2002, стр.5−12.
- P. Jaron and М. Goyot. A fast current sensitive preamplifier (MSD-2) for the silicon microstrip detector, Nucl.Inst. and Meth. 226 (1984) pp. 156−162.
- M.Campbell et al., ICON a current mode preamplifier in CMOS technology for use with high rate particle detectors. IEEE Nucl. Sei. Symposium proceedings 5/11 1991.
- J.C.Santiard et al., Gasplex a low-noise analog signal processor for read-out gaseous detectors. ECP/94−17, CERN, 1994.
- I. Golutvin et al, Study of the Anode Self-trigger ability of the ME1/1 CMS Endcap Cathode Strip Chamber, Physics of Particles and Nuclei Letters, Vol. 4, No. 3, JINR, Dubna, Russia, 2007, pp.428−437.
- Yu. Erchov et al., Cathode Strip Chamber for CMS ME1/1 Endcap Muon Station, Physics of Particles and Nuclei Letters, Vol. 3, No. 3, JINR, Dubna, Russia, 2006, pp.183−187.
- V.Karjavin, Status of ME1/1 CSC FE Electronics, CMS Endcap Muon Meeting, 2000−121, Gainesville, Florida, USA, February 18−19 2000.
- S.Agosteo et al., A facility of the test of large area muon chambers at high rates, CERN-EP-00−210, CERN, 2000.
- M. Huhtinen and A. Uzunian, Shielding optimization in ME1/1 region, CMS IN/99−025, CERN, 1999.
- M. Huhtinen, Optimization of the CMS forward shielding, CMS NOTE-2000/068, CERN, 2000.
- R. Breedon, H. Cooper, B. Holbrook, et al., A 16-Channel, 96-Cell Switched Capacitor Array for the CMS ENDCAP Muon System, CMS CR 1998/007, 1998.
- I. Golutvin, N. Gorbunov, V. Karjavin, et al., The study of CSC Strip Readout Electronics Operation at High Background Rates, CMS IN 1999/055, 1999.
- V. Tchekhovski ME1/1 Front-End Chips, EMU-ME1/1 Meeting, CERN, September 1999.
- A. Peisert, F. Sauli, Preprint CERN 84−08, Geneva, Switzerland, 1984.
- E. Wagner, F. Davis, G. Hurst, J. Chem. Phys., vol.47,3138,1967.
- J. Parker, J. Lowke, Physd. Rew., vol. 181, 290, 1969.
- H. Skullerud, J. Phys. В., vol. 2, 696, 1969.
- F. Piuz, Nucl. Instr. and Meth. 205 (1983) 425.
- М.И. Дайон, O.K. Егоров, C.A. Крылов и др., Приборы и техника эксперимента № 5, 1970, стр. 64.
- I. Belotelov, A. Golunov, I. Golutvin et al., Electromagnetic Secondaries and Punch-Through Effects in the CMS ME1/1, Physics of Particles and Nuclei Letters, Vol. 4, No. 4, JINR, Dubna, Russia, 2007, pp.343−349.
- CMS Collaboration, The Hadron Calorimeter Project, Technical Design Report CERN/LHCC 97−31, CMS TDR 2, 1997.
- Object-Oriented Simulation for CMS Analysis and Reconstruction, http://cmsdoc.cern. ch/oscar.
- Object-Oriented Reconstruction for CMS Analysis and Reconstruction, http://cmsdoc.cern.ch/orca.74. http://www/geant4.com/hadronics/GHAD/HomePage/geant4.7.0/calorimetrv/ index.html.
- P. Moisenz, ME1/1 Beam Test Results and Plans, CERN, Geneva, Switzerland, 6June 2004.
- P. Moisenz, ME1/1 Spatial Resolution with MTCC2 Data, CERN, Geneva, Switzerland, 26 February, 2007.
- Golutvin,., P. Moisenz et ah, ME 1/1 Cathode Strip Chamber for CMS Experiment, Письма в ЭЧАЯ. 2009. Т. б, № 4, С.566−571.
- Н.Н. Говорун и др., ОИЯИ, Р5−5397, Дубна, 1970.
- Д. Вестергомби и др., ОИЯИ, Р10−7284, Дубна, 1973.
- В .Б. Виноградов и др., ОИЯИ, Р10−85−77, Дубна, 1985.
- Ц.А. Аматуни и др., ИФВЭ, 82−142, Серпухов, 1982.
- Р.И. Джелядин и др., ИФВЭ, 84−70, Серпухов, 1984.
- Ю.Л. Вертоградова, ИМ. Иванченко, П. В. Мойсенз. Определение параметров локальных систем координат дискретных детекторов. ОИЯИ, Р10−89−149, Дубна, 1989.
- V. Karimaki, A. Heikkinen, T. Lampen, T. Linden, Sensor Alignment by Tracks, CMS CR 2003/022, CERN, Genrva, 2003.
- V. Karimaki, T. Lampen, The HIP Algorithm for Track Base Alignment and its Application to the CMS Pixel Detector, CMS Note 2006/018, CERN, Geneva, 2006.
- V. Blobel, Linear Least Squares Fits with a Large Number of Parameters, http://www/desy/de/~blobel/mptalks/html.
- CERNLIB CERN Program Library. W5013, Geneva 1994, Switzerland.
- P. Arce, E. Calvo, et al., Stuidy of the Alignment Design of the CMS ME1/1 Stations. CMS Internal Note 1999/048, Geneva, Switzerland, 1999.
- P. Arce, E. Galvo et al., Internal Alignment of the ME1/1 Stations with Tracks. CMS Internal Note 2000/009, Geneva, Switzerland, 2000.
- I. Ivanchenko, P. Moissenz About One Method for Determining Transmission Function Parameters for Drift Chambers of the Neutrino Detector Type. Computing in High Energy Physics 91, p. 511−514, Tsucuba, Japan, 1991.
- И.М. Иванченко, П. В. Моисенз Об одном методе определения параметров передаточной функции для дрейфовых камер установки Нейтринный детектор. ОИЯИ, 310−89−148, Дубна 1989.
- Н.И. Божко и др. В кн. Материалы III рабочего совещания по нейтринному детектору ИФВЭ-ОИЯИ. ОИЯИ, Р 1,2,13−83−81, Дубна, 1983, стр. 19.
- JI.C. Барабаш и др. В кн. Материалы III рабочего совещания по нейтринному детектору ИФВЭ-ОИЯИ. ОИЯИ, Р 1,2,13−83−81, Дубна, 1983, стр. 7.
- P.Aspell,., P. Moisenz et al., Energy and spatial resolution of a Shashlik calorimeter and silicon preshower detector, Nucl.Inst. and Meth. A364 (1995) pp.473−487.
- RD36 Collaboration, Proceeding of 4th International Conference in High Energy Energy Physics, Isola d’Elba (1993), Italy, p. 158.
- RD36 Collaboration, Proceeding of Fifth International Conference on Calorimetry in High Energy Energy Physics, Brookhaven National Laboratory, September 25 October 1 (1994), USA, p. 177−184.
- GEANT3: CERN Program Library, entry W5013, CERN, Geneva, Switzerland (1993).
- I. Smirnov, HEED: Simulation of ionization losses in gas mixture, version 1.01 (1996)1 • i
- S. F. Biagi, Accurate solution of the Boltzmann transport equation, Nucl. ' I1 Instr. & Methods A283 (1989) pp 716−722.it1 102.Zastawny, J. Sci. Instrum., 1966/Vol. 43, p. 179. [I03]S.C. Curran, A.L. Cockroft and J. Angus, Phil. Mag. 40 (1949) p. 929.