Návrh nového vertex detektoru pro studium CP narušení v exp. Belle II. Z. Doležal, Z. Drásal



Podobné dokumenty
Studium D0 mesonu v experimentu STAR

ZPRÁVA O STUDENTSKÉM FAKULTNÍM GRANTU

Z µµ na ATLAS detektoru

Analysis of the decay Bs J/ψ φ

Studium proton-protonových srážek na RHIC

zve studenty 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, (tedy všech) ročníků

Kalorimetr Tilecal a rekonstrukce signálu. Seminář FzÚ, Tomáš Davídek, ÚČJF MFF UK 1

Elektromagnetická kalorimetrie a rekonstrukce π0 na ALICI. Jiri Kral University of Jyväskylä

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

GATE Software pro metodu Monte Carlo na bázi GEANTu

Studium proton-protonových srážek na RHIC

GATE Software pro metodu Monte Carlo na bázi GEANTu

2. Prostudovat charakter interakcí různých částic v hadronovém kalorimetru

Detekce nabitých částic Jak se ztrácí energie průchodem částice hmotou?

Měření hmoty Higgsova bosonu podle doby letu tau leptonu

Theory Česky (Czech Republic)

Mikroskop atomárních sil: základní popis instrumentace

ALFA upgrade. Vít Vorobel

INTERAKCE IONTŮ S POVRCHY II.

Senzory ionizujícího záření

Obrazové snímače a televizní kamery

Obrazové snímače a televizní kamery

GFK-1913-CZ Prosinec Rozměry pouzdra (šířka x výška x hloubka) Připojení. Skladovací teplota -25 C až +85 C.

MX-10 pixelový částicový detektor

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

9. ČIDLA A PŘEVODNÍKY

GFK-2005-CZ Prosinec Rozměry pouzdra (šířka x výška x hloubka) Připojení. Provozní teplota -25 C až +55 C. Skladovací teplota -25 C až +85 C

Úvod do mobilní robotiky AIL028

Optimalizace zobrazovacího procesu digitální mamografie a změny zkoušek provozní stálosti. Antonín Koutský

Evaluation of the Inner Detector with Muon Tracks

Zobrazovací systémy v transmisní radiografii a kvalita obrazu. Kateřina Boušková Nemocnice Na Františku

Klasifikace snímků DaTscan pomocí CNN: Preprocessing obrazových dat a jejich generování metodou Monte Carlo

Optoelektronické senzory. Optron Optický senzor Detektor spektrální koherence Senzory se CCD prvky Foveon systém

Prověřování Standardního modelu

Fyzika elementárn (Standardní model)

Určení čtyřpólových parametrů tranzistorů z charakteristik a ze změn napětí a proudů

V Rmax 3500 V T = 125 o C I. no protons

Modulace a šum signálu

Základy elektrotechniky

PowerOPTI Řízení účinnosti tepelného cyklu

2. Prostudovat charakter interakcí různých částic v hadronovém kalorimetru

výkonovou hustotu definovat lze (v jednotkách W na Hz). Tepelný šum (thermal noise) Blikavý šum (flicker noise)

GFK-2004-CZ Listopad Rozměry pouzdra (šířka x výška x hloubka) Připojení. Skladovací teplota -25 C až +85 C.

Základy výpočetní tomografie

Řádkové snímače CCD. zapsané v předmětu: Videometrie a bezdotykové měření, ČVUT- FEL, katedra měření, přednášející Jan Fischer

Experimentální metody ve fyzice vysokých energií Alice Valkárová

GFK-1904-CZ Duben Rozměry pouzdra (šířka x výška x hloubka) Připojení. Skladovací teplota -25 C až +85 C. Provozní vlhkost. Skladovací vlhkost

Nedestruktivní metody 210DPSM

Virtuální instrumentace I. Měřicí technika jako součást automatizační techniky. Virtuální instrumentace. LabVIEW. měření je zdrojem informací:

FET Field Effect Transistor unipolární tranzistory - aktivní součástky unipolární využívají k činnosti vždy jen jeden druh majoritních nosičů

Standardní model a kvark-gluonové plazma

3D KAMERY A TECHNOLOGIE

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_16_Unipolární tranzistor Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Miroslav Krýdl

Úvod do mobilní robotiky NAIL028

2. FYZIKÁLNÍ ZÁKLADY ANALYTICKÉ METODY RBS

Principy a instrumentace

CASE nástroje. Jaroslav Žáček

Detektory. požadovaná informace o částici / záření. proudový puls p(t) energie. čas příletu. výstupní signál detektoru. poloha.

Fotovoltaické systémy připojené k elektrické síti

Objev gama záření z galaxie NGC 253

Budoucnost mikroelektroniky ve hvězdách.... spintronika jednou z možných cest

Monitory LCD. Obsah přednášky: Princip činnosti monitorů LCD. Struktura základní buňky. Aktivní v. pasivní matice. Přímé v. multiplexované řízení.

7b. Tlakové senzory II piezoelektrické kapacitní pn přechod s Hallovým senzorem optické. 1. Piezoelektrické tlakové senzory. Tlakové senzory II

LEPTONY. Elektrony a pozitrony a elektronová neutrina. Miony a mionová neutrina. Lepton τ a neutrino τ

Šum v obraze CT. Doc.RNDr. Roman Kubínek, CSc. Předmět: lékařská přístrojová fyzika

ŘEŠENÍ TURBULENTNÍHO VAZKÉHO PROUDĚNÍ S ČÁSTICEMI METODOU LARGE EDDY SIMULATION

Polovodičové prvky. V současných počítačových systémech jsou logické obvody realizovány polovodičovými prvky.

Projekt JetConf REST API pro vzdálenou správu

Metody digitální holografické interferometrie ve fyzice dielektrik

Studium produkce jetů v experimentu ALICE na urychlovači LHC

Navrhované a skutečné rozměry. Návrhová pravidla pro návrh topologie (layoutu) čipu. Základní parametry návrhových pravidel

EXPERIMENTÁLNÍ STUDIUM TOKU MAZIVA V BODOVÉM KONTAKTU Kryštof Dočkal

Hmotnostní analyzátory a detektory iont

Série OS Měřící zařízení

Fotonásobič. fotokatoda. typicky: - koeficient sekundární emise = počet dynod N = zisk: G = fokusační elektrononová optika

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 6. Měření rychlostí proudění

Semiconductor (solid state) detectors

Inteligentní koberec ( )

Příloha k průběžné zprávě za rok 2015

Otázka č. 3 - BEST Aktivní polovodičové součástky BJT, JFET, MOSFET, MESFET struktury, vlastnosti, aplikace Vypracovala Kristýna

Ionizační manometry. Při ionizaci plynu o koncentraci n nejsou ionizovány všechny molekuly, ale jenom část z nich n i = γn ; γ < 1.

Efekty pozadí v měření oscilací neutrin Experiment Daya Bay. Viktor Pěč, ÚČJF MFF

Pozitron teoretická předpověď

Hmotnostní spektrometrie

TYRISTORY. Spínací součástky pro oblast největších napětí a nejvyšších proudů Nejčastěji triodový tyristor

ρ 490 [lb/ft^3] σ D 133 [ksi] τ D 95 [ksi] Výpočet pružin Informace o projektu ? 1.0 Kapitola vstupních parametrů

Mezony π, mezony K, mezony η, η, bosony 1

VÝKONOVÉ TRANZISTORY MOS

Konstrukční varianty systému pro nekoherentní korelační zobrazení

ELEKTRONIKA PRO ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLU

Scintilace. Co zachytí oko? Pokud během 1/10 s nejméně 15 fotonů. Jedna z nejstarších detekčních metod (Rutherford a ZnS)

ROZ1 - Cv. 3 - Šum a jeho odstranění ÚTIA - ZOI

Modelování elektromechanického systému

CZ.1.07/2.2.00/ AČ (SLO/RCPTM) Detekce a zpracování optického signálu 1 / 30

GIS Geografické informační systémy

Zpracování obrazu a fotonika 2006

LEED (Low-Energy Electron Diffraction difrakce elektronů s nízkou energií)

Možnosti rtg difrakce. Jan Drahokoupil (FZÚ) Zdeněk Pala (ÚFP) Jiří Čapek (FJFI)

100G konečně realitou. Co a proč měřit na úrovni 100G

Transkript:

Návrh nového vertex detektoru pro studium CP narušení v exp. Belle II Z. Doležal, Z. Drásal

Obsah Fyzikální motivace (zlatý kanál J/Ψ Ks) Detektor Belle x Belle II Upgrade vnitřního detektoru PXD, SVD Belle II: pixelový detektor, technologie Depfet Belle II: optimalizace vnitřního detektoru a jak se to dělá? Mokka & Geant4 simulace průchodu materiálem Marlin & rekonstrukce digitizace, clustering, tracking, vertexing Předběžné výsledky 2

Fyzikální motivace - golden channel Zlatý kanál: Upsilon(4S) B0 + B0bar B0 (B0bar) mezony vzájemně oscilují ( quantum state entanglement ) CP side (CP = -1): B (B ) J/Ψ + Ks ; J/Ψ µµ; Ks ππ 0 0bar Oscilace v sektoru B mezonů Tag side ( označí podle znaménka B0,resp. B0bar): B0 (B0bar) D*-(+) + π+(-); D*-(+) D0 + π(+); D0 π+ + K důležitý tracking + PID (K/π separace) důležitý vertexing (prost. rozlišení PXD+SVD) Není možné měřit s takovým čas. rozlišením nutné transformovat měření času na měření vzdálenosti: 3

Fyzikální motivace - golden channel pokračování Feynmanovy diagramy ( flavour non-specific state & time dependent CP asymmetry ): díky CP narušení je rozp. šířka (B0 CP side) (B0bar CP side) 4

Upgrade detektoru Belle KLM (KL/µ detekce + návrat mag. toku): RPC ECL (elektromag. kalorimetr): CsI (Tl) 16X0 PID (particle identif.separace K/π): ACC (aerogel Cherenkov) TOF (time of flight) + CDC (de/dx) RICH (ring image Cherenkov) + TOP (time of propagation) + CDC (de/dx) Be vak. trubice: 15 mm 10 mm 1.5T solenoid. mag. pole CDC (tracking, de/dx): malé drátové cely náplň He/H2C6 dále od interakce, lepší rozlišení v R-Phi i v Z (více stereo vrstev) VTX (vertexing): SVD (4 vrstvy DSSD) PXD (2 vrstvy DEPFET) + SVD (4 vrstvy DSSD) 5

Upgrade vertex detektoru (PXD+SVD) Belle 4 vrstvy stripových detektorů (DSSD oboustranné detektory) @ 20, 43.5, 70, 80 mm pouze v centrální oblasti ( barrel type ) Belle II 2 vrstvy pixelových detektorů typu Depfet @ 13,18 mm lepší rozlišení vertexů 4 vrstvy stripových detektorů (DSSD) @ 38, 80, 115, 140 mm robustnější tracking & vyšší Ks eff. detektory v centrální i dopředné oblasti ( barrel & forward type ) nová technologie SVD read-out chipů (VA1TA APV25) redukce okupance v důsledku nárůstu pozadí 6

PXD & technologie DEPFET Depfet - DEpleted P-channel Field Effect Transistor Hloubkový n-implantát vytváří potenc. min (tzv. internal gate) pro elektrony tvořící signál a ty pak modulují proud tekoucí strukturou FET (zesílení cca 400 pa/e), náboj je odstraněn pomocí clear Fully depleted: velký signál, rychlý sběr FET struktura on jen při čtení: malý odběr Průřez aktivní buňkou DEPFET + zobrazení základního principu detekce částic (MOSFET struktura využívající tzv. sidewards depletion ) + vyčítání Lokalizované potenc. minimum, vnitřní zesílení: nízka kapacita, nízký šum Plný clear: vyčtení (signálu+noise) - noise 7

Belle II & Depfet PXD 2 vrstvy - 50 µm silný Si senzor (zanedbatelný vliv MS) obvod zpevněn 450 µm silný Si elektronika integrována na modulu (switcher, DHP zero suppression, digitalizace signálu) optimalizace:? tloušťky (50 x 75 x 100 µm),? rozteče pixelů v Z (800-2000pxl) & R-Phi (briketová struktura),? proměnlivá rozteč nebo konst. (VPSxCPS), vzdálenosti od int. bodu (okupance, vliv pozadí),? redukce dat, optimalizace:? chlazení (~150W - PXD) detektor upevněn přímo na vak. trubici optimalizace:? vlivu úhlu HER(e-)xLER (e+) na mechaniku a rozl. PXD design PXD ladder 8

Optimalizace vertex. detektoru Optimalizace PXD+SVD snaha dosáhnout nejlepších detekčních vlastností z hlediska fyziky, kterou měříme Studium: Impact parameter resolution v Z a R-Phi rekonstrukcí jednotlivých mionových drah (particle gun & single part. tracks) úplnou rekonstrukcí zlatého kanálu, resp. dalších fyz. zajímavých kanálů Vertex resolution (studium zlatého kanálu) Parametry: Poloměr vak. trubice (Nano-beam @ 15 mm x high current @ 10 mm) Úhel mezi HER x LER Velikost pixelů (10 µs, 20 µs), velikost stripů ( intermediate strips ) Tvar pixelů (konstantí velikost (CPS), proměnlivá velikost (VPS), briketová struktura ) Množství aktivního a pasivního materiálu (vak. trubice, tloušťka křemíku,...) 9

Simulace software framework 2 typy software: BASF (Belle AnalysiS Framework) & ILC framework BASF simulace detektoru Belle (ref. výsledky, detailní studium fyz. kanálů) ILC přizpůsoben pro Belle & implementace geom. Belle II (optimalizace + predikce pro Belle II) Simulation Reconstruction LCIO (persistency data model) LCCD Pythia Mokka Generator (Geant4) Marlin LCIO ROOT HEPEvt (ASCII) Generated events GEAR (XML) Geometry information Schéma ILC softwaru 10

Simulace BelleII Mokka Beam pipe: válcovitého tvaru, onion-like structure vnitřní zlatá vrstva (10 µm), vnitřní Be vrstva, parafín (aktivní chlazení), vnější Be vrstva PXD: 2 vrstvy DEPFET det. uspořádaných do wind-mill struktury ( layer ladder sensor + rims ) Pxl layer 0 Pxl layer 1 R [mm] 13.00 18.00 # ladders 8 10 support no no 11

Simulace Belle II Mokka pokr. SVD: 4 vrstvy DSSD v centrální části a 2 v dopředné Strip Strip Strip Strip Strip Strip Strip layer layer layer layer layer layer layer 31 41 42 51 52 61 62 R [mm] # ladders # DSSDs barrel 38 8 2 barrel 80 10 2 barrel-slanted 66 14 3 barrel 115 17 4 barrel-slanted 95.5 10 1 barrel 140 14 1 barrel-slanted 114 17 1 CDC: Central Drift Chamber Al válec naplněný směsí He a C2H6 (50%/50%) +Z 12

Simulace Belle II digitizace signálu PXD+SVD: realistická simulace odezvy detektoru (digitizace) CDC: gaussovské rozmití signálu Ukázka digitizace strip. detektorů: Fyz. parametry: závěrné a vyprázď. napětí (bias a depl. voltage), teplota, kapacitní vazby, šum Geometry: transformace z glob. do lokálního ref. systému (Gear & Gear interface) Fyz. procesy: Generace e-h párů podél dráhy Drift e-h párů v elektrickém poli Difuze e-h párů vlivem mnohonásobných kolizí Lorentz. odklon e-h párů v mag. poli Přidání vzájemných přeslechů způsobených vlivem vzájemné kapacitní vazby (crosstalk), důležité pro stripy bez read-outu Generace gaussovského šumu (vliv elektr.) 13

Simulace Belle II clustering PXD+SVD: clustering (grupování signálů z jednotlivých cel do prostorové informace - hitu) je založen na algoritmu COG (zatím bez eta korekce na neuniformitu sběru náboje mezi jednotlivými celami) CDC: gaussovské rozmytí pozice hitu + cov je dána charakteristikami Gausse Ukázka clusteringu strip. detektorů: Seed strip & sousední stripy nalezeny použitím S/N cutu (nezávisle v Z a R-Phi) Hit rekonstruován použitím COG algor. všechny kombinace Z & R-Phi tvoří hity (vznik tzv. ghost hitů) MC truth použita k simulování residuálů a rozlišení detektorů Geometry: transformace z lokál. ref. systému do globálního SVD (Belle II) rozlišení v R-Phi 14

Simulace PXD Belle II CPS x VPS (high current option)? VPS (variable pixel size) x CPS (const. pixel size): hl. ideou VPS je mít konst. rozlišení podél Z Z pitch/(s/n) Konfigurace R [mm] L [mm] p0 [µm] pn[µm] pm [µm] 1.vrstva CPS2000 18.00 98.0 49.0 49.0 49.0 2.vrstva CPS2000 22.00 117.4 58.7 58.7 58.7 1.vrstva VPS2000 18.00 98.0 21.9 93.9 177.2 2.vrstva VPS2000 22.00 117.4 35.6 91.9 174.0 efekt není tak výrazný + nutné dodatečné drift. pole v Depfetu (VPS zamítnuta) 15

Simulace PXD Belle II briketová struktura v R-Phi? Bricked structure (B) :pixely v R-Phi jsou vzájemně posunuty o 1/2 rozteče Výhody: očekávané lepší rozlišení v R-Phi Nevýhody: briket. struktura možná jen v R-Phi (read-out řádky) B: rozteč v R-Phi 70 µm (technolog. dosažitelná) U: rozteč v R-Phi 50 µm Briketová struktura díky tech. omezení (B 70 µm x U 50 µm) je výrazně lepší nebriketová strukt. 16

Simulace Belle II pattern recognition & track fitting Pattern recognition: algoritmus, hledajicí hity, které patří k 1 tracku Track fitting: helix + Kalman filter (korigující dráhu částice na vliv materiálu ) pattern recognition, track fitting realizován separátně pro Si tracky (ILC soft) a CDC tracky (LEP tracking algoritmus) Track merging: kombinace Si a CDC tracků přiřazení zbývajících hitů refit (Kalman filtr) V Charakteristiky tracku: d0, z0, 1/R, φ, tan(λ) d0 vzdálenost k PCA v R-Phi z0 vzdálenost k PCA v Z PCA point of closest approach 17

Impact parameter resolution (single mion tracks) v Belle x Belle II Belle x Belle II (PXD (1600 pixelů v Z)): Si tracking (bez CDC), jednotlivé mionové tracky (0.1 5 GeV, 35deg, 55deg) e Pr ry na i lim e Pr ry na i lim e Pr e Pr ry na i lim ry a n i lim v rámci optimalizace se hledá nejvhodnější konfigurace z hlediska rozlišení 18

Impact parameter resolution (golden channel): validace Belle (BASF x ILC) Belle (BASF) x Belle (ILC): full tracks (ukázka validace softwaru J/Ψ µµ) eli r P ry na i m ry na i m eli r P 10,02 19

Shrnutí Belle II PXD + SVD práce na optimalizaci vnitřního detektoru pokračují TDR - březen 2009 BASF simulace detektoru Belle (reference a validace nového softwaru) ILCFramework přizpůsoben potřebám BelleII (implementace Belle i Belle II geometrie), plně funkční: generace srážek (Pythia) simulace odezvy detektoru (Mokka Geant4) funkční řetězec rekonstrukce (Marlin digitizace, clustering, pattern recognition, tracking, vertexing, analýza) zbývá přidat vliv pozadí (pozadí zatím není úplně známo studie v KEKu právě probíhají) & určit finální geometrii (studie zatím také probíhají) 20