Analisi del segnale rilasciato dai muoni di alta energia nel calorimetro adronico dell'esperimento ATLAS

Analisi del segnale rilasciato

dai muoni di alta energia nel

calorimetro adronico

dell'esperimento ATLAS

Università degli studi di Pisa Facoltà di scienze MFN

Introduzione

Il segnale dei muoni in TileCal

 dati sperimentali dal test dei

moduli  caratteristiche del'in-terazione dei   dE/dx (calibra-zione em)  d/dE rad  Identificazione dei muoni in TileCal  assistere lo spettrometro dei 

ATLAS



Tracciatore

interno



Calorimetri



Elettroma-gnetico



Adronico



Piccoli angoli



Spettrometro

per



TileCal

 A campionamento (Fe/sci)

 barrel + ext. barrel, 64 moduli  segmentazione torri proiettive:

∆φ X ∆η = 0.1 X 0.1

 3 sezioni longitudinali

 Calibrazione ad alta precisione

• Cesio

• Laser (PMT, fibre ottiche) • CIS (elettronica)

Il test beam



Tra il 2001 e il 2003 calibrati numerosi moduli

(9 barrel, 14 ext. barrel)



Calibrazione alla scala em



e di 20GeV (

1.2pC/GeV)



trasporto della

calibra-zione (

137

Cs)

~4%



Risposta ai

µ/π



Misure fondamentali



e/h=1.36+-0.11



e/mip=0.81+-0.03

Calibrazione con il cesio

 Il cesio attraversa le 11 tile row

di un modulo

 si equalizza la media delle celle  Precisione intrinseca ~0.2%

( 600KeV)

 Moduli intercalibrati alla scala

Interazione dei

 con la materia



dE/dx~

a(E)

+Eb(E)

 a~ionizzazione (Bethe-Block), b~interazioni radiative



processi radiativi:

 δ-ray  Bremsstrah-lung  produzione di coppie  fotonucleari (<5%)

I

 del test beam

_{µ proiettivi}

µ a 90°

(Barrel)



Due tipi di run:

1. 90°: ottima segmentazione (20 celle), singole tile row (come per il Cs)

2. Proiettivi: scarsa segmentazione (3 sezioni) simili alle condizioni di ATLAS

Distribuzione del

E totale

 La perdita di energia è distribuita come una Landau

(+ fluttuazioni)

sono presenti eventi molto energetici, E~E

90°

E

_

=180GeV

Misura del dE/dx dei muoni in

TileCal

dE/dx

16.1%

24.27MeV/cm



dE/dx: 24.27MeV/cm (accordo ~ 4%)



Anomalia nella prima cella (ci torneremo)

teoria

Paragone con il cesio

 Risposta ai µ confrontata con il cesio  Controllo della calibrazione em con i  Ces io segnale dei   precisione ~3% con µ a 90°

Deficit nella cella di ingresso

 perdite radiative → sciami e.m. nel calorimetro,  E=a+bE

 bE: frazione radiativa ~35% (per E

=180GeV)

 distribuzione in energia: 

s1/Es

Energia persa nella cella successiva da uno sciame inziato in x di energia E_s:

16.1%

Deficit nella cella di ingresso

 <E

s> parte dell'energia degli sciami persa in media

nella cella seguente

 Il Monte Carlo conferma

il risultato

frazione radiativa

Misura della sezione d'urto per

processi radiativi in TileCal

Misura della sezione d’urto radiativa

 processi radiativi → formazione di sciami em  Identificazione: 3 celle consecutive

con segnale elevato

 Correzioni:

 Sottrazione del fondo di ionizzazione  Ricerca eventi con più di uno sciame

Misura della sezione d’urto radiativa

controlli

 Punto di inizio indipendente dal materiale attraversato  Probabilità di uno sciame indipendente dal verificarsi

di un altro sciame → n~Poisson

Misura della sezione d’urto radiativa

Risultati

 energia in processi radiativi riproduce le code a distribuzione inclusiva

 Il segnale, una volta

sottratti i processi

radiativi, è compatibile il MOP

Misura del dE/dx (Bethe-Block)

 dE/dx celle senza sciami: 14.1MeV/cm  dE/dx teorico: 14.0MeV/cm

Sezione d’urto radiativa

(

/ 0

)

/ X L v N N dv dP _{v tot} ∆ =

 Probabilità di osservare uno sciame con una frazione

v dell’energia del muone

 Buon accordo

tra dati, teoria e Monte Carlo

Sezione d’urto radiativa

muoni proiettivi

 Solo 3 sezioni disponibili

 dP/dv calcolato separatamente per ogni cella

 Buon accordo con la teoria per il primo metodo  il contenimento degli sciami non è garantito

 si riduce la statistica disponibile, la lunghezza

fiduciale diventa funzione dell'energia

Sezione d’urto radiativa

Identificazione dei muoni in

TileCal

Muon tagging con TileCal



Scopo:



Basso P

T

: identificazione di

 che non arrivano

allo spettrometro (fisica del b)



Alto P

T

: correzione energia persa in TileCal

(Higss, Z')



implementazione esistenete (MuId):



ricerca di tracce con una segnatura simile ad

una mip



in ogni cella di una torre proiettiva segnale

10% 90%

Muon tagging con TileCal

MuId

 Soglie  scelte in modo da escludere il 10% degli eventi  Prestazioni (tb)  Eff: 93% ( 180GeV)  Falsi: 32% sui π 28%  sugli e (180GeV)

 MuId rigetta ogni

evento con ∆E>22GeV

Muon tagging con TileCal

identificazione degli eventi catastrofici



generalizzare MuId agli

eventi catastrofici



le soglie sono imposte

solo su 2 delle tre

sezioni



Aumenta la

contaminazione di



 (180GeV)

solo questa sezione causa il fallimento di MuId

Muon tagging con TileCal

Cause degli errori

 soluzione: richiedere l'isolamento della traccia

individuata (MuId2)

Segnale

compatibile con una mip

 MuId2:

 Soglie solo in due celle su tre

 condizione di isolamento della traccia

Eff: 95% (inclusivo) fake<12% (e/π 180GeV) ε(E>22GeV): 71% ε(E>80GeV): 58% 58% ε(µ incl.) P(tag | π, e) ε(µ | Ε>80GeV) Soglia sulle celle laterali: E_trhs=0.6GeV k*(soglie superiori)

Muon tagging con TileCal

MuId2: prestazioni

}

TileCal stand-alone

Conclusioni



Analisi del segnale dei

 in TileCal

 Muoni come strumento di calibrazione (σ~3–5%)  Misura dσ/dE

rad per µ a 90° e proiettivi

 Riconoscimento efficiente dei muoni in TileCal

(anche eventi catastrofici)



Prospettive (work in progress)

 Inserimento di MuId2 in ATHENA e test su processi

fisici

 Realizzazione di una Likelihood per riconoscere i

muoni in TileCal (reiezione dei falsi tag nello spettrometro)

ATLAS

 Tracciatore interno  Misura di P T  b e τ tagging  Calorimetri  Elettromagnetico  E per e, γ  separazione π/γ  Adronico  E jet  Piccoli angoli  E T mancante  Tracciatore esterno

 protone-protone √s = 14TeV (Pb-Pb √s = 1250TeV)  B=8.3 Tesla  L=1033-1034 cm-2s-1  4 esperimenti:  generalisti: ATLAS e CMS  dedicati:

 ALICE: plasma di quark

e gluoni

 LHCb: fisica del b a LHC

LHC ed ATLAS

Il segnale dei muoni in

TileCal

 Contributo delle interazioni radiative (v=∆E/E):  v piccolo: δ-ray,

coppie

 v grande:

bremsstrahlung

Eventi catastrofici



La L

95%

di uno sciame in TileCal varia tra 12 e 19

Paragone con il cesio

Dispersione delle misure ottenute con i mu



Precisione delle misure a 90° ~3%



Muoni proiettivi ~5%

dE/dx

16.1%



dE/dx



Deficit dovuto agli sciami non contenuti nella

prima cella

23.1MeV/cm (corretto per e/µ)

25.98MeV/cm

(corretto per e/mip)

ε(µ)

P(tag | π, e)

falsi tag calcolati su

eventi di π/e di 180GeV del test beam

P(tag | π, e)

ε(µ)

Muon tagging con TileCal

scelta delle soglie

Errori di MuId2

 il  viene scartato

perchè lo sciame

iniziato nelle celle BC è proseguito nelle celle D

 il  viene scartato

perchè lo sciame

iniziato nelle celle BC è proseguito nelle celle D

e-beam and π-beam at 180 GeV : mean = 1.22

Università degli studi di Pisa Facoltà di scienze MFN