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Detección y Discriminación de eventos difractivos en el experimento ALICE-CERN

Presenta:

Abraham Villatoro Tello

Asesores:

Dr. Arturo Fernández TéllezDr. Mario Rodríguez Cahuantzi

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLAFACULTAD DE CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS

Segundo Avance de Tesis. 1 de diciembre de 2015

Diciembre 2015 Foro de Avance de Tesis mail: [email protected] 2

Contenido:

AD ACORDE

V0


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)


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).


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.


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.


Propuesta de investigación:


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.


Propuesta de Investigación:


Detector Interno de Trazas

Beam Pipe

Consiste en 3 capas de detectores de silicio.

Determina con alta precisión los vértices primario y secundarios de partículas inestables.

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.


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).


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).


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 Cross section

Total 91.05 mb

Elástica 19.38 mb

Single Diffractive 2x6.84 mb

Double Diffractive 9.19 mb

Inelástica = Total - todo lo demás 48.80 mbEjemplo de simulación en pythia a 7 TeV


Pseudo-rapidez y procesos difractivos:

Rangos en pseudo-rapidez cubiertos por los detectores en ALICE


Procesos difractivos:

ZDC-A ADA V0A SPD V0C ADC ZDC-C

Beam Pipe

112.5m 112.5m

3.4m 0.9m

16.95m 19.57m

��=�(�� − ��)

�

Donde E es una corrección experimental, que incluye aceptancias, eficiencias de reconstrucción, eficiencia del veto. Nx es el numero total de eventos y background

Veto Data Data Veto Veto Veto Veto

Veto Veto Veto Veto Data Data Veto

Veto Data Veto Veto Veto Data Veto

SD right

DD

SD left

Ejemplo de definición de triggerspara eventos difractivos


Trabajo realizado: Selección de la Muestra

Número de corridas: 32 Eventos: 133, 360, 461Duración (Horas): 18.43 Duración: 18:26:23

AD VZEROEventos: 132, 638, 450 Eventos: 123, 629, 747

SPD ZDCEventos: 132, 638, 450 Eventos: 125, 231, 952

Se inició con la elección de corridas útiles para nuestro

propósito


Análisis:

Para entender el comportamiento de los

detectores se observó las condiciones de las corridas


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.


Análisis:

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 Run: 225106

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


Análisis:

Eventos Ratio

0000010 129 8.55E-05

0000011 101 6.69E-05

0000012 230 0.000152

0001010 512 0.000339

0001011 386 0.000256

0001012 898 0.000595

0002010 641 0.000425

0002011 487 0.000323

0002012 1128 0.000748

0100000 67 4.44E-05

0100001 16 1.06E-05

0100002 83 5.50E-05

0101000 244 0.000162

0101001 54 3.58E-05

0101002 298 0.000198

0102000 311 0.000206

0102001 70 4.64E-05

0102002 381 0.000253

1000010 11 7.29E-06

1000011 16 1.06E-05

ZDC-A/ADA/V0A/SPD

/V0C/ADC/ZDC-C

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.

Ejemplo de combinatoria obtenida


Analisis:

Run: 226062

Run: 226062 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.


Analisis:

Run: 226062

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


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.


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.


Analisis:

Run: 226062

Run: 226062

Se ha limpiado la muestra, con información de tiempo.

Ahora podemos hacer una combinación de toda la condiciones(Trigger, carga, tiempo).


Conexión de Tierra

Preparación para pruebas de LED

Revisión de conexiones de HV

Modificación de Ganancia de PASA

Intervenciones al Detector AD



Eliminación de Reflexiones


Monitoreo del Detector AD:

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.

• Dipolo• Detector


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


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.


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

Cosmics Runs HV and Currents for 3 PMTs C-Side

En la corriente consumida por el PMT no se ve un cambio por el envejecimiento.

50Ω Instalada 50Ω Instalada 50Ω Instalada

Cambio en PASA Cambio en PASA Cambio en PASA

Mean value per run Mean value per run Mean value per run



Contenido:


Desconexión y desplazamiento de PMD

Acceso a Shoebox para cambio de PASA

Prueba de la Respuesta con cósmicos.



Cronograma de Actividades:


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.


Conclusiones:

25%


Gracias por su atención


Bibliografía:

I. The ALICE Collaboration, Technical Design Report on Forward Detectors: FMD, T0 and V0, CERN/LHC 2004-025, 2004.

II. ALICE, Technical Design Report of the Trigger, Data Acquisition, High Level Trigger and Control System, CERN*-LHCC-2003-062, ALICE TDR 01 (2004).

III. Radiation Detection and Measurement Glenn F.Koll Edit. John Wiley & Sons Inc. Tercera Edición 2000.

IV. Experimental Techniques in Nuclear and particles Physics, Stefaan Tavernier, Springer, 2010.

V. The ALICE Collaboration, TDR, Upgrade of the Readout & Trigger SystemVI. Reference cross section measurements with ALICE in pp and Pb-Pb collisions at

LHC, K. Oyama. arXiv:1305.7044v1.VII. 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

detección y discriminación de eventos difractivosen el

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