Detección y Discriminación de eventos difractivos en el experimento

Detección y Discriminación de eventos difractivos en el
experimento ALICE-CERN
Presenta:
Abraham Villatoro Tello
Asesores:
Dr. Arturo Fernández Téllez
Dr. Mario Rodríguez Cahuantzi
BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
Segundo Avance de Tesis.
1 de diciembre de 2015
Contenido:
AD
Diciembre 2015
ACORDE
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V0
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LHC (Large Hadron Collider)
 Anillo de 27 km de magnetos superconductores.
 Inicio de colisiones que alcanzan hasta los 13TeVs (Run II) desde el 3 de junio 2015.
 Colisiones en 4 diferentes puntos (ALICE, ATLAS, CMS, LHCb)
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3
ALICE
AD
 El propósito general del experimento ALICE es estudiar las colisiones de iones pesados,
enfocándose principalmente en fenómenos de QCD a valores extremos de densidad de
energía y temperatura, en particular en el estudio de las propiedades del Plasma de
Quark y Gluones (QGP).
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Motivación:
El LHC acelera protones así como
iones pesados para hacerlos
colisionar en 4 puntos específicos.
De todos los eventos producidos, una
gran cantidad son procesos
difractivos.
En natural que ALICE se interese en
colectar estos eventos.
ALICE cuenta con la mayoría de
técnicas usadas para la identificación
de partículas, así como el sistema de
trigger necesario para el monitoreo
de la calidad de los datos.
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Motivación:
Incluso en las condiciones
relativamente bajas del LHC durante
la Rin 1, el régimen de
funcionamiento de los detectores de
disparo era muy difícil.
Durante el LS1 y LS2, la luminosidad
del LHC será aumentada mas allá de
las especificaciones de diseño
originales.
La adición de nuevos subsistemas
reducirá el espacio disponible del
lado C de ALICE.
Se requerirá un detector integral que
proporcione y mejore la
funcionalidad que ofrecen
actualmente T0 y V0.
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Propuesta de investigación:
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Objetivos Particulares:
Diseño y construcción de un sistema de Adquisición de
datos ara el prototipo AD+, FIT.
Diseño y construcción de un prototipo del sistema de
detección de partículas cargadas de AD+, FIT.
Estudio de Simulación para la optimización de la
geometría de los detectores AD+, FIT utilizando GEANT4.
Desarrollo de un algoritmo para la reconstrucción de
observables físicas con los detectores AD+, FIT.
Participar en el análisis de Medición de la sección eficaz
para procesos difractivos a 13TeV.
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Propuesta de Investigación:
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Detector Interno de Trazas
 Consiste en 3 capas de detectores
de silicio.
 Determina con alta precisión los
vértices primario y secundarios de
partículas inestables.
Beam
Pipe
 Medición de la perdida de energía
que separa los tipos de partículas en
la región central de pseudo-rapidez.
 Las dos capas del SPD permiten
alcanzar una resolución del
parámetro de impacto mejor a 50
µm.
 La cobertura en pseudo-rapidez es
de |ƞ|<2.
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V0
 2 arreglos de centelladores
instalados a ambos lados del punto
de interacción
 Provee trigger de mínimum Bias en
colisiones p-p y Pb-Pb.
 Puede distinguir beam-beam y
beam-gas, dando información en
línea para rechazar eventos.
 Monitoreo de luminosidad en línea,
multiplicidad de partículas cargadas.
 Ambos anillos cubren los rangos en
pseudo-rapidez: 2.8< ƞ<5.1 (V0A) y
-3.7< ƞ<-1.7 (V0C).
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AD:
 Funcionalidad muy similar al
detector V0.
 Compensa parcialmente la eficiencia
del trigger de MB.
 Se incorporó a ALICE para aumentar
el rango en pseudo-rapidez, estudio
de eventos difractivos.
 Ambos arreglos cubren los rangos en
pseudo-rapidez 4.8 <ƞ< 6.3 (ADA) y
-7.0 <ƞ< -4.9 (ADC).
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Luminosidad y sección eficaz:
 La luminosidad da una medición de
cuantas colisiones ocurren en el
acelerador.
 En el punto de interacción se “aprietan”
hasta 100 millones de protones hasta
64µm.
 ~20 colisiones por cruce, 600 M/s.
=
 Donde puede dividirse en:
->Inelásticas
->SD (Single diffractive)
->Elásticas
->DD (Double diffractive)
Tipo de interacción
Total
91.05 mb
Elástica
19.38 mb
Single Diffractive
2x6.84 mb
Double Diffractive
Inelástica = Total - todo lo demás
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Cross section
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9.19 mb
48.80 mb
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Ejemplo de simulación
en pythia a 7 TeV
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Pseudo-rapidez y procesos difractivos:
Rangos en pseudo-rapidez cubiertos por
los detectores en ALICE
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Procesos difractivos:
112.5m
112.5m
19.57m
16.95m
3.4m
0.9m
Beam Pipe
ZDC-A
ADA
V0A
SPD
V0C
ADC
ZDC-C
SD left
Veto
Data
Data
Veto
Veto
Veto
Veto
SD right
Veto
Veto
Veto
Veto
Data
Data
Veto
DD
Veto
Data
Veto
Veto
Veto
Data
Veto
Ejemplo de definición de triggers
para eventos difractivos
=
(
−
)
Donde E es una corrección experimental, que incluye aceptancias, eficiencias de
reconstrucción, eficiencia del veto. Nx es el numero total de eventos y background
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Trabajo realizado: Selección de la Muestra
Se inició con la elección de
corridas útiles para nuestro
propósito
Número de corridas: 32
Duración (Horas): 18.43
Eventos: 133, 360, 461
Duración: 18:26:23
AD
Eventos: 132, 638, 450
VZERO
Eventos: 123, 629, 747
SPD
Eventos: 132, 638, 450
ZDC
Eventos: 125, 231, 952
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Análisis:
Para entender el
comportamiento de los
detectores se observó las
condiciones de las corridas
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Análisis:
Al correr el análisis sobre la
muestra se llegaron a
obtener eventos vacíos, o
extraños.
Finalmente se decidió
trabajar con 2 “Golden
runs”, las cuales
presentaban un buen
comportamiento.
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Análisis:
 Se definieron 7 clases de trigger y 3 posibles
casos para cada una.
• Está presente.
• No está presente.
• No importa!.
 Se tiene un total de 37 (2187)
combinaciones.
 ZDC-A/ADA/V0A/SPD/V0C/ADC/ZDC-C
Run: 225106
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6 Clases de Trigger
C0UBA-B
ADA
C0UBC-B
ADC
C0VBA-B
V0A
C0VBC-B
V0C
COSMB-NOPF-ALLNOTRD
SPD
C1ZED-B
ZDC
Run: 225106
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Análisis:
Ejemplo de combinatoria obtenida
 Estas 2187 combinaciones no son
mutuamente exclusivas, pero se puede
encontrar una configuración deseada más
fácilmente.
 Se encontraron muchos problemas al
intentar entender la información de ZDC.
 Al mismo tiempo se encontró una
variación entre corrida y corrida con una
procedencia desconocida.
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ZDC-A/ADA/V0A/SPD
/V0C/ADC/ZDC-C
0000010
0000011
0000012
0001010
0001011
0001012
0002010
0002011
0002012
0100000
0100001
0100002
0101000
0101001
0101002
0102000
0102001
0102002
1000010
1000011
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Eventos
129
101
230
512
386
898
641
487
1128
67
16
83
244
54
298
311
70
381
11
16
Ratio
8.55E-05
6.69E-05
0.000152
0.000339
0.000256
0.000595
0.000425
0.000323
0.000748
4.44E-05
1.06E-05
5.50E-05
0.000162
3.58E-05
0.000198
0.000206
4.64E-05
0.000253
7.29E-06
1.06E-05
20
Analisis:
 Además de preguntar por la clase
de trigger, se implemento una
condición en la carga registrada
por el detector AD.
 Fue necesario ver el
comportamiento para ciertas
combinaciones de trigger.
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Run: 226062
Run: 226062
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Analisis:
Run: 226062
 Canal a canal se observa un
comportamiento similar.
 Esto cambia cuando cambiamos al
otro lado del detector.
 Debido a configuraciones de la
electrónica y HV en los PMTs
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Run: 226062
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Analisis:
 Se grafico la carga promedio por
corrida.
 Se observa un comportamiento
muy aleatorio, incluso para las
mismas condiciones de la
electrónica.
 Aquellas corridas donde se tiene 0
carga registrada, se fueron
descartando del análisis.
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Analisis:
Run: 226062
Run: 226062
Run: 226062
Run: 226062
 Al igual que en la carga, se observa un comportamiento diferente en la medición de
tiempo por cada lado de AD.
 Se definió una ventana de tiempo para identificar los ‘hits’ reales en AD.
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Analisis:
 Se ha limpiado la muestra,
con información de tiempo.
 Ahora podemos hacer una
combinación de toda la
condiciones(Trigger, carga,
tiempo).
Run: 226062
Run: 226062
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Intervenciones al Detector AD
Revisión de conexiones de HV
Conexión de Tierra
Preparación para
pruebas de LED
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Modificación de
Ganancia de PASA
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Intervenciones al Detector AD
Eliminación de
Reflexiones
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27
Intervenciones al Detector AD
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Monitoreo del Detector AD:
• Dipolo
• Detector
Toma de Datos:
 Más de 496 corridas donde AD ha participado como trigger
y Readout.
 Mas de 18 días (446hrs) de toma de datos.
 Participación en VdM scan.
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Sistema de Pruebas para AD:
Propósito del sistema:
• Entender mas a fondo el comportamiento
de la electrónica/detector
• Preparación de Spares para AD
 Electrónica
 PMTs
• Caracterización de PMTs
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Beam Test AD:
Se ha participado en 2 Beam Test.
 Con el detector completo
 Con un “spare” del detector
Se pretende entender por completo el
comportamiento del detector, y sus
componentes.
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Contenido:
Filtros aplicados para colisiones.
•
•
•
•
•
•
•
LHC15f: 67 Runs
LHC15g: 44 Runs
LHC15h: 64 Runs
LHC15i: 124 Runs
LHC15j: 145 Runs
LHC15k: 24 Runs
LHC15l: 117 Runs
Filtros aplicados para cósmicos.
•
88 Runs
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Cosmics Runs HV and Currents for 3 PMTs C-Side
Mean value per run
50Ω Instalada
Cambio en PASA
Mean value per run
50Ω Instalada
Cambio en PASA
Mean value per run
50Ω Instalada
Cambio en PASA
En la corriente consumida por el PMT no se ve un cambio por el envejecimiento.
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Contenido:
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Intervenciones al Detector AD
Desconexión y
desplazamiento
de PMD
Acceso a
Shoebox para
cambio de PASA
Prueba de la
Respuesta con
cósmicos.
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Cronograma de Actividades:
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Conclusiones:
 Se está participando en el análisis de la medición de la sección eficaz difractiva, en
el cual el detector AD forma un papel muy importante.
 Se ha participado en la integración y monitoreo de dos detectores en el
experimento ALICE, lo que ha permitido un mejor entendimiento de los sistemas
centrales.
 Con las tareas realizadas durante este periodo se tiene na idea mas clara de los
requerimiento para un upgrade en la electrónica del sistema de disparo de nivel
cero.
 Se han desarrollado un poco mas las ideas sobre el funcionamiento del
experimento, y sobre la funcionalidad requerida para poder proponer un prototipo
para la RUN III.
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Conclusiones:
25%
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38
Gracias por su
atención
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Bibliografía:
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
The ALICE Collaboration, Technical Design Report on Forward Detectors: FMD,
T0 and V0, CERN/LHC 2004-025, 2004.
ALICE, Technical Design Report of the Trigger, Data Acquisition, High Level
Trigger and Control System, CERN*-LHCC-2003-062, ALICE TDR 01 (2004).
Radiation Detection and Measurement Glenn F.Koll Edit. John Wiley & Sons Inc.
Tercera Edición 2000.
Experimental Techniques in Nuclear and particles Physics, Stefaan Tavernier,
Springer, 2010.
The ALICE Collaboration, TDR, Upgrade of the Readout & Trigger System
Reference cross section measurements with ALICE in pp and Pb-Pb collisions at
LHC, K. Oyama. arXiv:1305.7044v1.
Measurement of inelastic, single- and double-diffraction cross sections in
proton–proton collisions at the LHC with ALICE, Eur. Phys. J. C (2013) 73:2456
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