CMS Pixel Detektor működése

Átírás

1 CMS Pixel Detektor működése VÁMI Tamás Álmos Kísérleti mag- és részecskefizikai szeminárium (ELTE)

2 Large Hadron Collider

3 Large Hadron p + p +

4 15 m

5

6

7

8

9

10 Nyomkövető rendszer Töltött részecskék nyomvonala Részecskepálya-görbület megmérése Lendület meghatározása

11 Példa Sárga vonalak a szilícium nyomkövető által megmért részecskepályák, a piros pedig a müonkamrák által megmértek

12 Pixel Detektor 2-2 korong 3 réteg Ütközések 25 ns-onként Összesen 66 millió pixel

13 Pixel Detektor

14 Pixel Detektor modul

15 Pixel Detektor szenzor

16 Működési elv Az áthaladó részecske elektron-lyuk párokat kelt Az elektromos mező hatására a töltések elmozdulnak A töltések analóg jelét a Kiolvasó Chip (Read-Out Chip ROC) elektronikája olvassa ki, majd egy ADC jellé digitalizálja

17 Lokális rekonstrukció Digi = egy bizonyos töltés feletti töltéssel rendelkező pixel Ezen küszöbértékek >

18 Lokális rekonstrukció Digi = egy bizonyos töltés feletti töltéssel rendelkező pixel A szomszédos digi-ket klaszterré alakítjuk

19 Klaszterek

20 Klaszterek

21 Előfeszültség teszt Az elektromos mező hatására a töltések elmozdulnak

22 Lorentz szög A töltések a szilícium téglatesten belül is elhajlanak (a CMS 3,8 Tesla-s mágnese miatt) Ezt az elhajlást jellemzi a Lorentz szög (Lorentz Angle LA) Θ Θ

23 Lorentz szög

24 Lorentz szög

25 Klasztertöltés A beütés pozíciója a klasztertöltés segítségével van meghatározva Különböző minták vannak eltárolva, ezt illesztik az adathoz Pixelnél jobb felbontás érhető el

26 Felbontás A felbontás határozza meg a részecskepályarekonstrukció pontosságát A pixel méretének 10%-os pontosságú felbontás

27 Felbontás

28 Hatékonyság Hatékonyság #megtalált klaszterek #várt klaszterek

29 Rossz modulok A permanensen rossz modulok kiválasztása A kitöltöttség tanulmányozásával A nyomkövetés felhasználja ezt az információt

30 Átmenetileg rossz modulok Bejövő részecske átállítja a kiolvasó elektronika flip-flop-ját (0 1) Újraprogramozással megoldható

31 Dinamikus hatásfokvesztés A kiolvasás buffere megtelik Nagy Pile-Up-nál jelentős

32 Phase 1 Upgrade 3-3 korong 4 réteg 2017-ben lesz aktív Összesen 125 millió pixel

33 Prototípus modulok Négy Phase1 modul A harmadik korong helyén Megismerjük a Phase1 működését

34 Prototípus modulok A prototípus modulok kétoldalas téglalapok 2*8 ROC-val

35 Prototípus modulok A prototípus modulok kétoldalas téglalapok 2*8 ROC-val Az eredeti modulok kétoldalasak, 3-4 összetevővel

36 Szimulált eredmények Kitöltöttség A prototípus modul kitöltöttsége 0. oszlop van a legközelebb a nyalábhoz > magasabb kitöltöttség a bal oldalon

37 Szimulált eredmények Globális pozíció Instrumentális részek A két eredeti korong kéken A prototípus modul pedig pirossal

38 Globális pozíció Instrumented sensor volumes Disk 1 and 2 are in blue Pilot Blades are in red

39 Beütések Már meglévő nyomok extrapolálásával kapott beütések

40 Beütések Instrumented sensor volumes Disk 1 and 2 are in blue Pilot Blades are in red

41 Összehasonlítás R-Z sík

42 Összehasonlítás transzverz sík

43 Beütések tulajdonságai Felbontás Klaszterek a nyomhoz pixel nagyságrendben hozzárendelve Azimut irány Az RMS (103.8 µm) összemérhető a pixel mérettel (100 µm)

44 Beütések tulajdonságai Felbontás Klaszterek a nyomhoz pixel nagyságrendben hozzárendelve Radiális irány Az RMS (172.9 µm) összemérhető a pixel mérettel (150 µm)

45 Klasztertöltés eloszlás

46 Klasztertöltés eloszlás Associated cluster properties are monitored such as cluster charge Disk 1/2 The charge distribution is normalized to track length

47 Konklúzió A CMS pixel detektor nagyon nagy pontossággal működik A felbontás ~10 μm a transzverzális irányban A hatékonyság >99% a Run1 során is Run2 során nagyobb sugárterhelés > igény a Phase1-ra

48 Kontakt info