авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Вгуп гнц рф “институт теоретической и эксперименталь ной физики” научный руководитель : доктор физ.-мат. наук, член-корр. ран м.в. данилов (итэф, г. москва) официальные оппоненты : доктор физ.-мат. на

Федеральное государственное унитарное предприятие

Государственный научный центр Российской Федерации Институт

теоретической и экспериментальной физики

им. А.И. Алиханова

На правах рукописи

Маркин Олег Юрьевич

Экспериментальное изучение нового метода адронной

калориметрии метода потоков частиц, на данных

высокогранулярного калориметра CALICE

Специальность: 01.04.23 физика высоких энергий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 2012 УДК 539.12

Работа выполнена в ВГУП ГНЦ РФ “Институт теоретической и эксперименталь ной физики”

Научный руководитель: доктор физ.-мат. наук, член-корр. РАН М.В. Данилов (ИТЭФ, г. Москва)

Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук В.Б. Гаврилов (ИТЭФ, г. Москва) доктор физ.-мат. наук А.И. Болоздыня (МИФИ, г. Москва)

Ведущая организация: НИИ Ядерной Физики им. Д.В. Скобельцына (МГУ, г. Москва)

Защита диссертации состоится 29 мая 2012 г. в 11 часов на заседании диссер тационного совета Д.201.002.01 в ФГУП ГНЦ РФ ИТЭФ по адресу: г. Москва, ул. Б. Черемушкинская, д. 25, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТЭФ.

Автореферат разослан апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физ.-мат. наук Васильев В. В.

Общая характеристика работы

В диссертации изложены результаты экспериментального изучения пер спективного метода повышения энергетического разрешения детектора ал горитма потока частиц. Для изучения метода были использованы данные, полученные в процессе испытаний прототипа высокогранулярного адронно го калориметра, разработанного и построенного при активнейшем участии ИТЭФ. В прототипе калориметра используется революционно новая система считывания сигнала, благодаря которой достигнута беспрецедентная грану лярность.

Актуальность, цели и задачи работы Предметом изучения является возможность достижения высокого энерге тического разрешения, необходимого для реализации физической программы международного линейного e+ e коллайдера (англоязычная аббревиатура ILC). ILC разрабатывается для продолжения программы исследований, нача тых на Большом Адронном Коллайдере (БАК), а также для изучения круга вопросов, недоступных для адронного коллайдера. Предполагаемая макси мальная энергия коллайдера составит 500 ГэВ с последующим увеличением до 1000 ГэВ. В пределах этих величин, энергия ускорителя может быть вы брана любой начиная с 200 ГэВ.

Основной целью экспериментов на ILC является детальное изучение новой физики, которое оказывается возможным благодаря полностью определённо му начальному состоянию и сравнительно высокой чистоте конечных состо яний на лептонных ускорителях. Физические задачи для ILC требуют созда ния детектора нового поколения с беспрецедентно высоким энергетическим разрешением. Наиболее развитым и многообещающим способом добиться вы сокого разрешения является использование для реконструкции энергии, так называемого, алгоритма потока частиц (англоязычная аббревиатура PFA), ранее (в зачаточной форме) успешно использованного на LEP.

PFA представляет из себя такую процедуру реконструкции энергии в де текторе, при которой адронный калориметр используется только для рекон струкции энергии нейтральных долгоживущих адронов, а энергия остальных частиц реконструируется с помощью информации трекера и электромагнит ного калориметра, где разрешение значительно лучше. Для эффективной ра боты алгоритма потока частиц требуется высокая гранулярность калоримет ров детектора. Данная работа внесла вклад в решение двух важные задач, поставленных разработкой высокогранулированного калориметра:

• Использование новой системы считывания сигнала адронного калори метра, которая обеспечит требуемую гранулярность и будет использова на в адронном калориметре детектора ILC.

• Эффективность работы PFA с тестовыми экспериментальными данны ми, полученными с использованием прототипа высокогранулярного ка лориметра.

Научная новизна, значимость и полезность работы Эксперименты на ILC могут ответить на ряд вопросов, поставленных в результате исследований на БАК. В случае обнаружения новых частиц, воз никнет вопрос, являются ли они суперпартнёрами известных частиц, и позво ляют ли их свойства объяснить невидимую массу Вселенной. В случае откры тия претендентов на суперсимметричные частицы, потребуется уточнить, на сколько их характеристики (спин, константы взаимодействия) соответствуют предсказаниям теории. Кроме того, точные измерения на лептонном коллай дере могут выявить явления, скрытые от БАК.

Физическая программа для ILC включает детальное изучение свойств хиггсова бозона (хиггса), а именно измерение его массы, констант взаимодей ствия и относительных вероятностей распадов. Планируется детальное изу чение свойств t-кварка и прецизионное измерение характеристик распадов -лептона с целью поиска эффектов, не описываемых Стандартной Моделью (СМ). Кроме того, планируются поиски суперсимметричных частиц, изуче ние возможности сценария нарушения электрослабой симметрии в результа те „сильного” взаимодействия калибровочных бозонов (SEWSB), и, наконец, поиск слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP) возможных кандидатов на роль невидимой материи. Поскольку сечения изучаемых про цессов очень малы, на ILC планируется достичь большую интегральную све тимость: от 500 до 1000 фб1.



Большинство процессов на ILC заканчиваются состояниями, состоящими из нескольких адронных струй в совокупности с заряженными лептонами и невидимой энергией. Точная реконструкция инвариантной массы одной или нескольких пар струй даёт возможность идентифицировать W - и Z-бозоны, бозон Хиггса и t-кварк, искать новые состояния и моды распадов, а также различать состояния с близкими массами, например W W и ZZ. Кроме то го, для целого ряда задач высокое разрешение даёт экономию необходимой интегральной светимости до 40 %, поскольку увеличивается эффективность отборов и уменьшается фон от других каналов.

Для точного восстановления инвариантной массы, в идеале желательно иметь разрешение детектора для пары адронных струй, сравнимое с есте ственной шириной распадающейся частицы. Если ширина составляет несколь ко ГэВ, то для пары струй с энергией порядка 100 ГэВ требуется относитель ное разрешение детектора не хуже 3 %. Это соответствует вкладу стохасти ческих процессов в относительное разрешение около 30 %/ E/ГэВ, что в два раза лучше результата, достигнутого на LEP. Наиболее реалистичным способом добиться настолько высокого разрешения является PFA.

Алгоритм потока частиц базируется на высокой гранулярности калори метров детектора. Ранее PFA использовался только для калориметров с су щественно более низкой гранулярностью, чем планируется для калориметров ILC. Разработкой и созданием высокогранулярных калориметров около деся ти лет занимается международная коллаборация CALICE, в состав которой входит группа ИТЭФ. В рамках сотрудничества спроектированы, построены и испытаны несколько прототипов калориметра. В прототипе адронного ка лориметра была использована революционно новая считывающая система и изучены результаты её функционирования. Эффективная работа прототипа калориметра CALICE означает возможность использования реализованных в нём технологий для полномасштабного детектора.





Экспериментальные данные, полученные с помощью прототипов калори метра, впервые были использованы для изучения работы алгоритма пото ка частиц в условиях ILC. Эффективность использования PFA в полномас штабном эксперименте на ILC была ранее показана только на моделирован ных событиях. Доверие к предсказаниям моделирования для эффективности PFA имеет критическую важность, т.к. на основе моделирования производит ся оптимизация характеристик детектора для ILC. Диссертация посвящена сравнению результатов работы PFA с реальными событиями и с событиями, смоделированными по методу Монте-Карло. Сравнение продемонстрирова ло как хорошую работу прототипа калориметра, так и достаточно высокую предсказательную силу компьютерного моделирования работы PFA. Таким образом, PFA и прототип адронного калориметра прошли проверку экспери ментом.

Вопросы, выносимые на защиту 1. Методика мониторирования и изучения стабильности считывающей си стемы прототипа высокогранулярного адронного калориметра, основанной на использовании новых фотодетекторов кремниевых фотоумножителей, по итогам двухлетних испытаний прототипа калориметра.

2. Методика анализа эффективности работы PFA по разделению двух близко расположенных адронных ливней, полученных в прототипе адронного калориметра в диапазоне энергий от 10 ГэВ до 50 ГэВ.

3. Оценка эффективности использования PFA в полномасштабном экспе рименте путём сопоставления результатов работы PFA по разделению двух реальных адронных ливней с результатами разделения двух моделированных ливней.

Апробация работы Результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались на международ ной конференции по калориметрии в физике высоких энергий CALOR (Пе кин, 2010 год), на международном семинаре по линейным ускорителям IWLC (Женева, 2010 год), на итоговой конференции российско-германского обще ства им. Гельмгольца (Москва, 2010 год), и на научной сессии-конференции секции ЯФ ОФН РАН (ИТЭФ, 2011 год). По теме диссертации опубликовано пять работ, список которых приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, содержащих 96 страниц, 54 рисунка и четыре таблицы. Список цитированной литературы содержит 89 наименований.

Содержание работы Глава 1 посвящена физическим задачам, стоящим перед эксперименталь ной программой на ILC, а также требованиям к энергетическому разрешению детектора. Рассмотрено влияние разрешения детектора на точность измере ний и на необходимую интегральную светимость. Коротко описаны наиболее важные ситуации, в которых высокое разрешение существенно улучшит ре зультаты измерений:

1) измерение массы (лёгкого) бозона Хиггса в процессе e+ e ZH q q b с четырьмя адронными струями в конечном состоянии;

b 2) измерение константы тройного самодействия бозона Хиггса в процес се e+ e ZHH q q b сопровождающемся значительным количеством bbb, фоновых событий;

3) измерение относительной вероятности процесса e+ e ZH ZW W q q q q l, где реконструкция затруднена наличием нейтрино среди частиц конечного состояния;

4) изучение W W -рассеяния в случае необнаружения бозона Хиггса на БАК. При этом, помимо возможности различать адронные распады W - и Z бозонов, высокое энергетическое разрешение необходимо, чтобы различать события с образованием пар ZZ и W W ;

5) возможное наблюдение на ILC распадов суперсимметричных частиц, когда энергетическое разрешение важн как для их идентификации, так и о для оценки их массы.

В первых трёх ситуациях, погрешность соответствующих измерении умень шится примерно в 1.2 раза при улучшении относительного разрешения де тектора от 60 %/ E/ГэВ до 30 %/ E/ГэВ, что соответствует выигрышу в интегральной светимости около 40 %.

С точки зрения изучения в экспериментах на ILC, рассмотрены свойства хиггсова бозона Стандартной Модели, находящегося в центре эксперимен тальной программы. Описаны возможные процессы его образования, а также основные каналы распадов. Более детально обсуждены процессы, в которых могут быть определены его квантовые числа и измерены его масса, константа тройного самодействия, константы взаимодействия и относительные вероят ности распадов. Указана роль энергетического разрешения в соответствую щих измерениях.

В Главе 2 обсуждается большой международный детектор (англоязыч ная аббревиатура ILD), разрабатываемый для экспериментов на ILC. Описа ны устройство и характеристики его субдетекторов: вершинного детектора, трековой системы, электромагнитного (ECAL) и адронного (HCAL) калори метров, пяти вспомогательных детекторов и детектора мюонов. В основу ар хитектуры ILD положены два главных ориентира: PFA и высокое разрешение вершинного детектора.

Разрешение вершинного детектора ILD должно обеспечивать эффектив ную идентификацию ароматов, что критически важно для реконструкции процессов с несколькими адронными струями в конечном состоянии. Эффек тивная работа вершинного детектора также полезна и для PFA, поскольку информация о вершине может привлекаться для реконструкции треков. Пла нируемая точность определения прицельного параметра составляет ipmact = a b/p · sin3/2, где a и b должны быть меньше 5 мкм и 10 мкм·ГэВ/c соот ветственно, а полярный угол.

PFA подразумевает высокоточное измерение импульса заряженных ча стиц в трекере детектора, и последующую реконструкцию энергии нейтраль ных адронов в калориметрах. Трековая система состоит из время-проекцион ной камеры (TPC) и четырёх дополнительных детекторов, обеспечивающих согласование TPC с вершинным детектором с одной стороны, и электромаг нитным калориметром с другой. В совокупности, трековая система будет да вать беспрецедентное разрешение: pT /pT 2 · 105 pT /(ГэВ/c).

Для HCAL разрабатывается два варианта: с цифровым (DHCAL) и анало говым (AHCAL) считыванием сигнала. Конструкция HCAL сориентирована на PFA, что подразумевает в первую очередь высокую гранулярность. Од нако значительное внимание уделено также и энергетическому разрешению калориметра. HCAL представляет из себя сэндвич из 48 слоёв стального аб сорбера, между которыми проложены активные слои сцинтиллятора и платы со считывающей электроникой. Полная глубина HCAL составляет более одно го метра или около шести длин ядерного взаимодействия (I ), в дополнение к одной I электромагнитного калориметра.

Вспомогательные детекторы ILD измеряют характеристики пучка и улуч шают герметичность всего детектора. Коротко обсуждаются юстировка суб детекторов и мобильная система установки детектора в рабочее положение и замены его на альтернативный детектор.

В Главе 3 описывается устройство прототипа AHCAL CALICE, а так же его новой системы считывания, основанной на использовании кремни евых фотоумножителей (SiPM). Прототип AHCAL был построен совмест но группами ИТЭФ, МИФИ и ДЭЗИ. В этом прототипе была опробована революционно-новая схема считывания сигнала и изучена долговременная стабильность её элементов. Все чувствительные элементы прототипа кало риметра были созданы ИТЭФ и МИФИ. В прототипе реализована высокая гранулярность, необходимая для работы PFA. Число каналов в прототипе сравнимо с числом каналов в калориметрах, используемых на БАК.

Прототип калориметра имеет глубину около пяти I. Он является кало риметром типа сэндвич, состоящим из 38 слоёв стального абсорбера и сцин тиллятора. Слои сцинтиллятора разбиты на квадратные ячейки, свет каж дой из которых собирается спектросмещающим волокном и индивидуально считывается с помощью SiPM (см. фото слева на рис. 1). Прототип калори метра содержит 7608 ячеек, что обеспечивает высочайшую гранулярность.

Размер прототипа достаточен для того, чтобы регистрировать большинство адронных ливней, что (в совокупности с высокой гранулярностью) делает возможным беспрецедентно детальное изучение структуры ливня.

Кремниевые фотоумножители являются новыми фотодетекторами, раз работанными и производимыми в России. SiPМ для прототипа адронного калориметра были изготовлены в МИФИ–Пульсар и детально исследованы в ИТЭФ. Они представляют собой многопиксельный фотодетектор площадью всего около 1 мм2 (см. фото справа на рис. 1). Каждый из 1156 пикселей SiPM представляет собой диод, работающий под обратным напряжением в гейге ровской моде, с усилением около 106. Большое количество пикселей обеспечи вает широкий динамический диапазон фотодетектора. Маленькие габариты и нечувствительность к магнитному полю позволяют разместить SiPM непо средственно в ячейке калориметра, без чего трудноосуществимо считывание огромного количества каналов калориметра.

Рис. 1. Слева: пластинка сцинтиллятора размером 3 3 см2 со спектросме щающим волокном и SiPM (в верхнем левом углу). Справа: один из SiPM, использованных в считывающей системе прототипа адронного калори метра CALICE.

В Главе 4 описываются испытания прототипа калориметра в 2007 и годах, а также обработка собранных данных и их компьютерное моделирова ние. Программное обеспечение для обработки данных и моделирования по строено на общей основе с программным обеспечением, разрабатываемым для полномасштабных экспериментов на ILC. Кроме того, в этой главе описана процедура калибровки калориметра.

Прототип AHCAL испытывался в ЦЕРН и ФНАЛ в широком диапазоне энергий с использованием пучков протонов, пионов, электронов, позитронов и мюонов. Помимо AHCAL, экспериментальная установка включала прототип электромагнитного калориметра, мюонный трекер (TCMT), а также несколь ко дополнительных детекторов. С использованием сигналов мюонов, элек тронов и встроенной системы светодиодов, для каждой ячейки калориметра были получены калибровочные константы, переводящие величину сигнала считывающей системы в величину энергии, выделившейся в калориметре.

Было получены достаточно хорошее (для использования PFA) энергетиче ское разрешение как для электронов, так и для адронов. Линейность откли ка прототипа AHCAL является адекватной даже для электронов и заведомо достаточной для адронов, в ливнях которых плотность частиц меньше, см.

риc. 2.

0. (Ereco - Ebeam)/Ebeam 0. 0. 0. 0. -0. -0. Data:

-0.03 Data: + QGSP_BERT:

-0.04 QGSP_BERT: + -0. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Ebeam [GeV] Рис. 2. Линейность отклика системы АHCAL + TCMT CALICE на пионные ливни (кружки), стартовавшие в первых пяти слоях АHCAL. Квадратами показаны предсказания набора физических моделей QGSP_BERT.

В Главе 5 излагаются процедура и результаты изучения долговремен ной стабильности кремниевых фотоумножителей. С целью прогнозирования эффективности работы фотодетекторов в полномасштабном эксперименте, были изучены эволюция шума и калибруемость, а также радиационная стой кость кремниевых фотоумножителей.

В ходе испытаний прототипа калориметра подавляющее большинство уста новленных в нём SiPM продемонстрировало стабильное поведение. Однако некоторые фотодетекторы потеряли контакт со считывающей электроникой.

Это является тривиальной проблемой, которая будет решена в следующих прототипах адронного калориметра. Среди остальных фотодетекторов про тотипа, только около 0.2 % вышли из строя и менее 0.3 % имели тенденцию к повышению шума, оставаясь при этом работоспособными в течении изучае мого периода времени. С целью предотвращения использования таких SiPM в следующем прототипе калориметра, существенно улучшена технология их изготовления и производится тщательный отбор экземпляров для комплек тования прототипа.

Радиационная стойкость SiPM изучалась в прототипе калориметра и ис следовалась путём облучения их на ускорителе ИТЭФ протонами с энергией (80–200) МэВ. При очень большой суммарной дозе облучения, темновой ток через кремниевый фотоумножитель возрастает настолько, что затрудняет ка либровку фотодетектора. Однако на ILC настолько большая суммарная доза ожидается только вблизи линий пучков. Кроме того, в перерывах между ин тенсивным облучением, происходит восстановление величины темнового то ка („отжиг”). Характерное время восстановления составляет несколько дней и зависит от накопленной дозы облучения. Относительная величина восста новления практически не зависит от накопленной дозы и от напряжения, приложенного к кремниевому фотоумножителю.

Глава 6 посвящена влиянию структуры адронного ливня на разрешение калориметра. Выделение энергии ливня в калориметре происходит посред ством большого количества каскадных процессов. Совокупность этих про цессов не поддаётся точному аналитическому описанию. В настоящее вре мя существует только приблизительное полу-эмпирическое описание некото рых характеристик адронного ливня, таких как величина электромагнитной фракции, размер и энергетические профили ливня. Данные, полученные с по мощью прототипа адронного калориметра CALICE, позволяют более деталь но изучить картину развития и характеристики ливня, опираясь на высокую гранулярность калориметра. Это даст возможность, в частности, существен но улучшить предсказательную силу физических моделей, используемых для компьютерной Монте-Карло оптимизации детекторов.

Энергетическое разрешение адронных калориметров определяется, глав ным образом, флуктуациями электромагнитной фракции ливня и выделен ной энергией ливня, недоступной для регистрации, в частности, потерями энергии связи провзаимодействовавших ядер. На сегодняшний день, тради ционные способы компенсации этих флуктуаций не позволяют создать кало риметр с разрешением, необходимым для экспериментов на ILC. С другой стороны, компенсация влечёт за собой значительное усложнение технологий, используемых в калориметре, а следовательно, увеличение затрат на его раз работку и изготовление.

В Главе 7 описывается конкретная реализация алгоритма потока частиц для экспериментов на ILC, а также изложена процедура и результаты тести рование PFA с использованием данных, полученных на прототипе калори метра CALICE.

С целью использования PFA в экспериментах на ILC, в коллаборации CALICE была создана реконструирующая программа PandoraPFA. Програм ма была проверена на событиях, смоделированных с помощью нескольких стандартных наборов физических моделей. Относительное энергетическое разрешение, полученное в результате использования PandoraPFA, составило (3–4) % для адронных струй с энергией (45–250) ГэВ. Этот результат в два раза лучше достижений предшествующих детекторов и удовлетворяет тре бованиям, предъявляемым к разрешению детектора физической программой исследований.

В данной работе впервые была проведена экспериментальная проверка концепции PFA для линейного коллайдера. Эта концепция определяет всю архитектуру детектора, но до данной работы она разрабатывалась и прове рялась только с помощью компьютерного моделирования по методу Монте Карло, которое не может полностью адекватно описать характеристики ад ронного ливня, существенные для PFA. К ним относятся продольный и попе речный профили ливней, величина электромагнитной фракции, количество фрагментов треков внутри ливня и др. Кроме того, моделирование исполь зует идеализированную модель калориметра, где могут быть не полностью учтены все особенности и несовершенство реального калориметра, такие как погрешности калибровки, шум ячеек, неоднородность светового отклика пла стинок сцинтиллятора и оптическая связь между ними.

Главным фактором, осложняющим работу PFA, является перекрытие лив ней в адронных струях. В этом случае, сигналы ячеек калориметра, вызван ные ливнем, созданным одной из частиц струи, могут быть ошибочно припи саны другой. Проверка предсказаний Монте-Карло моделирования для оши бочного приписывания сигналов была проведена на тестовых эксперимен тальных данных, полученных с использованием прототипа адронного кало риметра CALICE.

Данные были предварительно подготовлены: события с пионами были от делены от фоновых событий, и отброшены события со значительной утеч кой пионного ливня в TCMT. Программа PandoraPFA была адаптирована в связи с отсутствием магнитного поля в испытаниях прототипов CALICE.

Объектом проверки PFA была эффективность разделения программой двух близко расположенных (наложенных) пионных ливней, один из которых яв лялся ливнем заряженного адрона, а другой (с убранным фрагментом трека в калориметрах) имитировал ливень нейтрального адрона.

Для изучения была использована наиболее чувствительная характеристи ка разница между величиной энергии нейтрального ливня, реконструиро ванной PandoraPFA, и изначально измеренной величиной. Эта разница отсут ствует при большом расстояния между ливнями и возникает при малом рас стоянии из-за ошибочного приписывания сигналов ячеек калориметра. Кроме того, изучалась вероятность реконструкции величины энергии нейтрального ливня в предела двух и трёх стандартных отклонений от изначально измерен ной величины. Результат работы программы по разделению двух реальных ливней оказался в хорошем согласии с результатом разделения двух смоде лированных ливней, см. рис. 3. Возможная разница между реальным про тотипом калориметра и его смоделированным образом не оказала заметного негативного влияния на эффективность разделения ливней.

Сопоставление характеристик реальных и моделированных адронных лив ней показывает, что энергетическое разрешение для реальных струй может отличаться от разрешения, полученного с использованием различных фи зических моделей Монте-Карло, не более чем на величину разброса между результатами этих моделей, т.е. не более десяти процентов. Поэтому, согла сие между результатами работы PandoraPFA с реальными и с моделирован ными ливнями, в совокупности с эффективной работой программы с моде лированными адронными струями, позволяет ожидать эффективной работы программы с реальными струями в полномасштабном эксперименте.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертации.

1. Выбран критерий оценки работоспособности и долговременной стабиль ности SiPM RMS сигнала ячейки в событиях со случайным триггером в физической моде усиления сигнала.

2. Создано программное обеспечение, позволяющее вести мониторинг ра ботоспособности и величины шума SiPM как во время эксперимента, так и в процессе обработки собранных данных.

3. Проведён отбор 72-х серий набора данных (ранов), использованных для стастического анализа эволюции работоспособности SiPM в течении 2007– 2008 годов.

Рис. 3. Среднее значение разницы между реконструированной с помощью PandoraPFA и изначально измеренной в калориметре величинами энергии 10 ГэВ-го „нейтрального” адрона в зависимости от расстояния до заряженно го пиона. Результат показан для двух энергий заряженного пиона (10 ГэВ и 30 ГэВ), для экспериментальных данных (точки) и для моделированных ливней (линии).

4. Изучена работоспособность всех 7608 каналов прототипа адронного ка лориметра. Выявлены около двухсот каналов прототипа калориметра, в кото рых был нарушен контакт SiPM со считывающей электроникой. Эти каналы приняты во внимание при обработке собранных тестовых экспериментальных данных.

5. Проведена классификация SiPM, установленных в прототипе калори метра, по эволюции их шума. Выявлены около 30 SiPM, которые продемон стрировали усиление шума. Изучены результаты MIP- и gain-калибровки наи более шумящих экземпляров. Показано, что SiPM пригодны для использова ния в полномасштабном эксперименте.

6. Выработана методика сравнения эффективности работы PFA для ре альных и моделированных событий, основанная на наложении ливней двух пионов и использующая для сравнения наиболее чувствительную характери стику эффективности PFA.

7. Реконструирующая программа PandoraPFA адаптирована и дополне на с учётом различия условий полномасштабного эксперимента и испытания прототипа калориметра. Учтены различия в геометрических характеристи ках, а также отсутствие в испытаниях магнитного поля и информации тре кера.

8. Впервые с использованием тестовых экспериментальных данных, про анализирована работа PandoraPFA по разделению сигналов заряженного и нейтрального адронов в диапазоне энергий от 10 ГэВ до 50 ГэВ.

9. Проведено детальное сопоставление эффективности разделения реаль ных ливней и разделения ливней, смоделированных с помощью двух широко используемых наборов физических моделей: QGSP_ВЕRT и LHEP. Сопо ставление показало надёжность оценок физического потенциала ILC с помо щью моделирования.

10. Выявлены и оценены физические факторы, обеспечивающие эффек тивность применения PFA для реконструкции энергии адронных струй. По казано, что результаты работы PFA при анализе реальных данных со всем их несовершенством полностью адекватны требованиям, предъявляемым физи ческой программой ILC.

Публикации автора по теме диссертации 1. The CALICE collaboration, C. Adlo,..., O. Markin et al., ”Construction and commissioning of the CALICE analog hadron calorimeter prototype”, JINST 5 (2010) P05004.

2. T. Buanes, M. Danilov, G. Eigen, P. Gttlicher, O. Markin, M. Reinecke o and E. Tarkovsky, ”The CALICE hadron scintillator tile calorimeter prototype”, Nucl. Instr. Meth. A623 (2010) 342.

3. O. Markin, on behalf of the CALICE collaboration, ”PandoraPFA Tests using Overlaid Charged Pion Test Beam Data”, J. of Phys.: Conf. Ser. 293 (2011) 012033.

4. The CALICE collaboration, C. Adlo,..., O. Markin et al., ”Electromagnetic response of a highly granular hadronic calorimeter”, JINST 6 (2011) P04003.

5. The CALICE collaboration, C. Adlo,..., O. Markin et al., ”Tests of a Particle Flow Algorithm with CALICE test beam data”, JINST 6 (2011) P07005.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.