resultados y simulación de las pruebas en haz de los módulos de silicio del sct de atlas josé e....

Resultados y simulación de las Resultados y simulación de las pruebas en haz de los módulos pruebas en haz de los módulos

de silicio del SCT de ATLASde silicio del SCT de ATLAS

José E. GarcíaJosé E. García, C. García, S. González, M. Vos

o Módulos SCT Funcionamiento y características

o Estudio con un haz de 40 MHz

o Reconstrucción de las trazas con módulos SCT Eficiencia y fake rate

o Simulación del montaje de las pruebas en haz

o Conclusiones

Resultados y simulación del SCTCentenario RSEF Madrid – 9 Julio

ContenidosContenidos 2

Módulo Outer

Módulo Inner

Módulo Middle

Barril Hacia delante

<1 1<<2.59

R=30-52 cm R=26-56 cm

2112 módulos 1975 módulos

34.4 m2 de Si 26.7 m2 de Si RUEDA DE LA RUEDA DE LA

PARTE HACIA PARTE HACIA DELANTEDELANTE

ATLAS SCTATLAS SCT 3


ATLAS


Módulos SCTMódulos SCT 4

Componentes de un módulo• 4 obleas de silicio con 768 p-in-n strips• Espina de TPG (conductor de calor) con brazos (estabilidad mecánica)• Circuito de lectura híbrido (flex circuit on carbon-carbon)• Chips de lectura binaria (12 ACD3TA)• Estructuras de conexión con el híbrido (fan-ins)

• Un módulo esta compuesto por dos planos de detectores de silicio. El ángulo (40 mrad) entre ambos permite la reconstrucción del punto X-Y, como la intersección de los strips.

• Se usan cuatro geometrías distintas. En la parte barril los strips son paralelos al haz y radiales en la parte hacia delante.


Módulos SCT (II)Módulos SCT (II) 5

Particle

Variación de la eficiencia de detección y el ruido con el umbral en el comparador. Las líneas son las especificaciones de ATLAS.

En la lectura digital, la señal dejada por el paso de una partícula se compara con un umbral en la electrónica de lectura. Si la señal es superior se almacena un “1”.


Módulos SCT (III)Módulos SCT (III) 6


IrradiaciónIrradiación 7

• Después de 10 anos, el SCT habrá recibido una dosis de radiación cercana a 3·1014 neq/cm2.

• La radiación causa daño en los módulos.– Crea defectos en el silicio. Se pierde

carga debido al atrapamiento de cargas.

– Se produce una inversión de tipo el sustrato n p (cambia la posición de la unión p-n)

– Se necesita un voltaje mayor para desertizar el detector.

– El campo dentro del silicio disminuye portadores se vuelven mas lentos.

– El ruido electrónico aumenta de 1500 e- antes de irradiar a 2000 e- después.

Caja negra hermetica

Telescopios

180 GeV pion Beam

Telescopios

TriggerCentelleador

Módulos en la caja de test del beam test.


MontajeMontaje 8

Las partículas llegan dentro de una ventana amplia de tiempo.

El haz de LHC tendrá una frecuencia de 40 Mhz, paquetes de partículas cada 25 ns.

Tiempo (cuentas)

Rango TDC = 25 ns

Efici

enci

a

Tiempo (ciclos de reloj)

Variación de la eficiencia cuando por un mismo canal (strip) pasan partículas con un tiempo entre ellas de unos pocos ciclos de reloj (25 ns).

A partir de 50 ns la eficiencia no se ve afectada por el paso anterior de una partícula.


Haz tipo LHCHaz tipo LHC 9

Resultados y simulación del SCT

Setup

Centenario RSEF Madrid – 9 Julio

Reconstrucción de trazasReconstrucción de trazas 10

• Para la reconstrucción de las trazas solo se ha utilizado la medida de la posición de los módulos de la SCT. El sistema de telescopios solamente se utilizo como comparación.

Ejemplo de un suceso reconstruido.

Ejemplo de una partícula que interacciona con el material.

Módulos SCTTelescopio

• Se realizaron cortes para evitar eventos con dos trazas o con una interacción con el material del montaje.

• Solo se utilizaron sucesos con una traza perfectamente identificada por los telescopios.


AnálisisAnálisis 11

• El análisis busca trazas en el suceso con un ajuste lineal.

• Después del corte en 2 las trazas candidato son comparadas con la traza reconstruida por el telescopio.

• Solo las trazas que están cercanas a la traza reconstruida por el telescopio se consideran eficientes.

eficiencia

eficiencia

• Las trazas restantes se consideran como fakes.• La eficiencia de reconstrucción depende del

umbral. El máximo de eficiencia es 97 %. Se obtiene para un umbral de 1.2 fC y para una alimentación del detector de 450 V.

• La cantidad de trazas fake se mantiene por debajo de 10-3 independientemente del voltaje de alimentación del detector.


Eficiencia y Eficiencia y fake ratefake rate 12

• Utilizando cuatro modulos, la cantidad de trazas fake disminuye siendo compatible con 0 para todos los voltajes de alimentacion y umbrales.


Otros resultadosOtros resultados 13

Array de cuatro módulos SCT Array de tres módulos SCT


SimulaciónSimulación 14

• Para comparar con el montaje del test beam, se simularon 20K muones con PT = 500 GeV y 0.

• La situación es similar a la del test beam debido a la pequeña curvatura a estas energías. • Parámetros del ajuste de hélices del test beam ATLAS. Ejemplos de las distribuciones se muestran abajo. Los resultados del test beam están en rojo y la simulación en blanco.

TB


Comparación con los datosComparación con los datos 15

• Las resoluciones obtenidas en el test beam y con la simulación de la SCT son similares.• Tenemos un ligero deterioro para 1 fC con respecto a 1.2 fC.• Se dan también las resoluciones para el “Precision Tracker”, pixels + SCT.


Comparación ... (II)Comparación ... (II) 16

• El test beam ha sido necesario para caracterizar los diferentes prototipos de la SCT.

• Se ha comprobado que es posible trabajar con un haz pulsado tipo LHC y que los módulos cumplen los requisitos exigidos.

• La reconstrucción de trazas con los datos del test beam es compatible con la simulación.

• Futuro:

– El mismo estudio se ha realizado con campo magnético

– Diferentes energías y momentos (PT) se han usado, para comparar de forma mas completa con las simulaciones existentes.


ConclusionesConclusiones 17

Resultados y simulación de las Resultados y simulación de las pruebas en haz de los módulos pruebas en haz de los módulos

de silicio del SCT de ATLASde silicio del SCT de ATLAS

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