ATLAS実験ホールにおける
μ粒子検出器統合試運転
高橋 悠太
(名古屋大学大学院 理学研究科)
戸本誠, 杉本拓也, 奥村恭幸, 長谷川慧,
佐々木修A,安芳次A,池野正弘A,坂本宏B,川本辰男B,石野雅也B,久保田隆至B,
平山翔B,金賀史彦B,結束晃平B,蔵重久弥C,松下崇C,門坂拓哉C,丹羽正C,中塚
洋輝C,早川俊C,長谷川庸司D,福永力E,菅谷頼仁F,他ATLAS日本TGCグループ
名大理,KEKA,東大素セB,神戸大自然C,信州大理D,首都大理工E,阪大理F
イントロダクション(1)
• Higgs > CERN-ATLAS > TGC
• TGC (Thin Gap Chamber)
T=25ns
√S = 14TeV
f22m
p
– Pt > 6GeV/c の m粒子発生事象を選択
的にトリガー (40MHz  75kHz)
– 3 wheels (3+2+2=7 layers)で構成
p
44m
– MWPC 3408 枚 から構成
f
• ガス増幅率 106
R
25m
• 限定的比例領域
• タイムジッター< 25ns
• CO2 + n-pentane
TGC1 wheel
– 読出チャンネル : 320k
– 動作領域 : 6000m2
L1 L2 L3
L4 L5
L6 L7
μ
• 地下実装完了(~2007.9)動作検証期
– ATLAS検出器への統合に成功
– 地下において4回の試運転を実施
– 動作検証を行った
IP
Troidal
magnet
TGC1
TGC2
TGC3
イントロダクション(2)
• セットアップ
A
Final setup
C
TGC1 only
C09 / C10 / C11
A09 / A10 / A11
• データ取得環境
パラメータ
現在
本実験
HV
2.8kV
2.9kV
閾値電圧
100mV
要調整
使用ガス
CO2 100%
CO2+n-pentane (55:45)
トリガー条件
TGC1 2/3
TGC1+TGC2+TGC3
L4&L7 2/2
TGC1
TGC2
μ
2/3 coin
L1 L2 L3
TGC3
μ
2/2 coin
L4 L5 L6 L7
動作検証項目
TGC の動作
“検出器” の動作
① 欠損チャンネル
“トリガー回路系 の動作
 中塚氏の発表
宇宙線ヒット分布を取得、検証
② トリガー論理の動作検証
ヒット多重度
トリガーレイヤーにおけるヒットチャンネル差分
③ 検出効率
CO2 100%, HV2.8kVで評価
過去の実験結果との整合性確認
これら項目について動作検証し、動作領域拡張を行うことが必要
①欠損チャンネル
• 宇宙線ヒット分布から欠損チャンネルを把握
Wire
イベント数
T9
T8
T7
T6
T5
Wire ch
T9
T7
T8
T6
T5
イベント数
Strip
Strip ch
strip
T9
T8
T7
Wire
T6
T5
T2
①欠損チャンネル
• 欠損チャンネルの検証
実装前
OK
実装後
C09
0 / 3336
0 / 3336
A10
1 / 3336
2 / 3336
 1:既知、1:新
# of event
実装前
後
実装前
後
T5
T6
T7
T8
T9
チャンネル
②トリガー論理の動作検証
A09 / A10 / A11 C09 / C10 / C11
• ヒット多重度分布
– ヒット多重度 = ヒット数 / 1 triggered event
– どちらもヒット数2から立ち上がるべき
A
TGC1
2/3
L1 L2 L3
2/3 coincidence セクター
C
L4 & L7
2/2
L4 L5 L6 L7
2/2 coincidence セクター
ヒット数
どちらも、ヒット数 ≥ 2から立ち上がり  設計通りの動作
ヒット数
②トリガー論理の動作検証
A09 / A10 / A11 C09 / C10 / C11
• トリガーレイヤーのヒットチャンネル差分
– トリガー論理が要請するトリガー発行条件
1
2
3
1
2
3
1
2
3
A
1
2
3
Δch <= 1
IP
300
300
L1 L2 L3
TGC1トリガー
C
Δch <= 4
430
L4 L5
Δch(L1-L3)
430
L6 L7
TGC1
2/3
L4 & L7トリガー
L4 & L7
2/2
Δch(L4-L7)
Δch <= 1
Δch <= |4|
どちらも、期待されるチャンネル差分を示す  設計通りの動作
③検出効率
検出効率の評価
•
 L1 & L2 & L3 / L1 & L3
•
 L4 & L5 & L7 / L4 & L7
L1&L3
L1&L2&L3
検出効率 (%)
A09
10025
1175
11.7±0.3
A11
11495
1388
12.0±0.3
C10
8247
623
7.6±0.3
C11
8851
875
10.0±0.8
A09 / A10 / A11 C09 / C10 / C11
A
C
μ
?
L1 L2 L3
L4&L7
L4&L5&L7
検出効率 (%)
A10
379
45
11.9 ±2.3
C09
289
31
10.7±2.5
10% 程度
(CO2 100%, HV2.8kV, Vth = 100mV)
μ
?
L4 L5
L6 L7
③検出効率
• 過去の実験結果との整合性
現在のデータ取得環境
• HV : 2800V
• ガス : CO2 100%
• 閾値電圧 : 100mV
現環境と等価な環境:
2.8kV, CO2 100%
= 2.55kV, CO2 + n-pentane
Vth=100mV時の検出効率
~10 %
Summary
• TGCは構築段階(~2007.9) から、 動作検証段階へ移行
• これまでに6セクターの運転に成功
• 本実験同様のセットアップ、かつ、ATLAS検出器に統合した状
態で、宇宙線による動作検証に初めて成功
I. 欠損チャンネル
• 現在0.07%、今後、対処可能なところに修復を施す
II. トリガー論理の動作検証
• ヒット多重度 ≥ 2 に分布
• トリガーレイヤのヒットチャンネル差分は設計通り
III. 検出効率
• 約10%程度 ( CO2 100%, HV2.8kV )
• 過去の実験結果から予想される値と、ほぼ一致
• 現在、動作領域拡張とともに、動作検証を進めている
実験開始直前期におけるTGCの動作検証に成功
2008.8月からの実験開始に備える
backup
③動作検証
• TGC2 & TGC3を用いた検出効率 = L4 & L5 & L7 / L4 & L7
?
Δch = 8
Layer 4 5
6 7
①欠損チャンネル
• 新しく発見した欠損チャンネル
# of event
T5
T6
T7
T8
T9
地上
地下
 地上から地下への輸送過程で生じたと考えられる
セクター
欠損チャンネル
セクター
欠損チャンネル
A09
0 / 5k
C09
16 / 15k
A10
2 / 15k
C10
2 / 5k
A11
0 / 5k
C11
16 / 5k
修復予定
wire channel
36ch / 50k
に欠損を発見
14
欠損チャンネルが生じる場所
ASDボード(シールドなし)
ASDボード(シールドあり)
1. テストパルス(ASD以降のテスト)では見えない
チェンバーからASDのコネクタ部のどこかで断線
2. テストパルスでも見えている
ASD以降の問題
C10の検出効率の低さ
チェンバー単位での検出効率
16
14
12
10
C10
8
C11
6
A09
4
A11
2
0
T8
T7
T6
T3
C10セクターが、全体的に低い傾向にある
Gas or 電源系統だと考えられるが、現在検討中
L4 L5
L6 L7
~2cm
L4 L5
L6 L7
~4cm
~50cm
2.6cm
TGC3 Trigger
(layer 6/7
Coincidence)
TGC2/3 Trigger
(layer 4/7
Coincidence)
標高差の補正
標高差の補正:
KEK(32m), CERN(421m)
印加電圧 v.s. 検出電荷量
印加電圧 v.s. 検出効率 (CO2 + n-pentane)
2.9kV(KEK) = 2.8kV(CERN)
検出効率10%は現環境下で妥当
 本番2.9kV印加時で100%可能
18
Some figures
19
動作検証(3) 検出効率
• 検出効率 ( L2 ) = #(L1& L2 & L3) / #(L1 & L3)
μ
Dch(L1-L3)
L1&L3でトリガーが
かかった事象
?
L1 L2 L3
L1&L2&L3にヒッ
トがあった事象
黒に対する赤のヒストグラムで検出効率を算出
検出効率
Δch
A09
A11
C10
C11
10.8±1.6
11.1±1.6
4.7±1.1
11.3±1.8
※Δch(L1-L3)=0,1のみ
論理的にトリガー可能
 約10%
20
使用チェンバー
21
TGCの内部構造
22
SLBバッファの読み出し
• 3 neighboring BC data was taken from SLB buffer
 previous, current, next
トリガー
SLB
Buffer
next
current
previous
Read out
23
TGCの配置
24
μ粒子トリガーの威力
25
宇宙線のトリガーレート
上空から見た有効面積は
2.5cm * 10m = 2.5m^2
μ
Δch
26
閾値電圧適正化
27
ウインドウサイズ
5~20cm程度
28
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