ATLAS 実験ホールにおける μ 粒子検出器統合試運転

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)

– Pt > 6GeV/c の 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– MWPC 3408 枚 から構成

– 読出チャンネル : 320k– 動作領域 : 6000m2

• 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

IPTGC2 TGC3TGC1

μ

Troidalmagne

t

• ガス増幅率　 106

• 限定的比例領域

• タイムジッター < 25ns

• CO2 + n-pentane

R

TGC1 wheel

pp

T=25ns√S = 14TeV

25m

L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7

44m

22m

イントロダクション (2)

A Final setup

TGC1 only

CCA

C09 / C10 / C11A09 / A10 / A11

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

•　セットアップ

•　データ取得環境

μ2/2 coin

TGC2 TGC3

L4 L5L6 L7L2

μ2/3 coin

TGC1

L1 L3

動作検証項目

TGC の動作TGC の動作

① 欠損チャンネル

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

“ 検出器” の動作 “ トリガー回路系 の動作

中塚氏の発表

イベ

ント

数

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

T2T5T6T7T8T9

strip

Wire

T5

T8

T6

T7

T7

T6

T8T9

T5

Wire

StripT9

Wire ch

Strip ch

イベ

ント

数

地下でのデータ

取得環境を確立

宇宙線でデータ収集

欠損チャンネルの検証

地下でのデータ

取得環境を確立

宇宙線でデータ収集

欠損チャンネルの検証

① 欠損チャンネル • 欠損チャンネルの検証

実装前 実装後

C09 0 / 3336 0 / 3336

A10 1 / 3336 2 / 3336

1 ：既知、 1 ：新

チャンネル

OK

実装前実装前

# of event

0.07%0.07%

実装前実装前

　　　後　　　後

　　　後　　　後

T5 T6 T7 T8 T9

② トリガー論理の動作検証• 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

ヒット数ヒット数

2/3 coincidence セクター2/3 coincidence セクター

2/2 coincidence セクター2/2 coincidence セクター

どちらも、ヒット数 ≥ 2 から立ち上がり 設計通りの動作

A C

C09 / C10 / C11A09 / A10 / A11

TGC1 2/3

L4 & L72/2L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7

② トリガー論理の動作検証• 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

TGC1 トリガー 　 Δch(L1-L3)TGC1 トリガー 　 Δch(L1-L3)

Δch <= 1

Δch <= |4|

L4 & L7 トリガー Δch(L4-L7)L4 & L7 トリガー Δch(L4-L7)

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

L1 L2 L3

A C

C09 / C10 / C11A09 / A10 / A11

TGC1 2/3

L4 & L72/2

123

300

123

300

L4 L5 L6 L7

123

430

123

430

IPΔch <= 1

Δch <= 4

③ 検出効率

検出効率の評価• L1 & L2 & L3 / L1 & L3 • L4 & L5 & L7 / L4 & L7

L1 L2 L3

?μ

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

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) L4 L5 L6 L7

μ

A C

C09 / C10 / C11A09 / A10 / A11

?

③ 検出効率

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 %

•　過去の実験結果との整合性

Consistent

!Consistent

!

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

Layer

?

4 5 6 7

～ 7%～ 7%

Δch = 8

① 欠損チャンネル

T9

T8

T7

T6

T5

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 wire channel

# of event

•　新しく発見した欠損チャンネル

14

0.07%

0.07%

セクター

欠損チャンネル

A09 0 / 5k

A10 2 / 15k

A11 0 / 5k

セクター

欠損チャンネル

C09 16 / 15k

C10 2 / 5k

C11 16 / 5k

36ch / 50kに欠損を発見

修復予定

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 )

チェ

ンバ

ー側

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

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

チェンバー単位での検出効率

~50cm

~4cm

TGC2/3 Trigger(layer 4/7 Coincidence)

~2cm

TGC3 Trigger(layer 6/7 Coincidence)

2.6cm

L4 L5

L6 L7

L4 L5

L6 L7

標高差の補正

2.9kV(KEK) = 2.8kV(CERN)

印加電圧 v.s. 検出電荷量

印加電圧 v.s. 検出効率 (CO2 + n-pentane)

標高差の補正：KEK(32m), CERN(421m)

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)

L1L2L3

?

ch(L1-L3)ch(L1-L3)

A09 A11 C10 C11

検出効率 10.8±1.6

11.1±1.6

4.7±1.1

11.3±1.8

約10%

L1&L3 でトリガーがかかった事象

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※Δch(L1-L3)=0,1 のみ論理的にトリガー可能

Δch

μ

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

23

SLBBuffer

トリガー

• 3 neighboring BC data was taken from SLB buffer

previous, current, next

previouscurrentnext

Read out

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

26

上空から見た有効面積は2.5cm * 10m = 2.5m^2

Δch

μ

閾値電圧適正化

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ウインドウサイズ

28

5~20cm程度