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Test des optischen Alignierungssystems des ATLAS Myonspektrometers Susanne Mohrdieck-Möck für die ATLAS Myonkollaboration Max-Planck-Institut für Physik,

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1 Test des optischen Alignierungssystems des ATLAS Myonspektrometers Susanne Mohrdieck-Möck für die ATLAS Myonkollaboration Max-Planck-Institut für Physik, München Frühjahrstagung der DPG 2004, Mainz

2 Das ATLAS-Myonspektrometer ATLAS am LHC: Mehrzweckdetektor zur Suche von Higgs und neuer Physik (14TeV) Myon Spektrometer: toroidales Magnetfeld: = 0.4 T hohe p t -Auflösung für µ von GeV unabhängig vom Polarwinkel großer Hebelarm wegen hoher stand-alone Genauigkeit 24m x 48m Luftspulen zur Minimierung der Vielfachstreuung 3 Kammerlagen: - zylindersymmetrisch im Zentralbereich - scheibenförmig in den Endkappen Abdeckung: | | < 2.7 Kammertechnologien: schnelle Triggerkammern: TGC, RPC hochauflösende Spur- detektoren: MDT, CSC

3 MDT-Kammern in ATLAS 2 Multilagen an Haltevorrichtung (Spacer) je Multilage: 3 Driftrohrlagen in äußeren Kammerlagen von ATLAS 4 Driftrohrlagen in innerster Kammerlage rechteckig im Zentralbereich trapezförmig in den Endkappen Länge: 1 – 6 m, Breite: 1 – 2 m optisches System zur Überwachung der Kammerverformung Gas: Ar:CO 2 (93:7), 3 Bar Zentralbereich Endkappen

4 Anforderungen Ziel: hohe unabhängige µ-Impuls Auflösung von 2-10% ! Kammerauflösung: 50 µm Monitoring der hohen mechanischen Genauigkeit während der Produktion ausgefeiltes optisches Alignierungs- system zur Beobachtung von Kammerverformungen und Kammer- verschiebungen (etwa 5300 optische Sensoren) bei 1TeV: = 10% Sagitta = 500 µm Teststrahl

5 axial projectiv Das Alignierungssystem Zentralbereich CCD Linse Maske projektives System zwischen den drei Kammerlagen – basiert auf der RASNIK Technologie – projektiv: Verlängerung der optischen Linien zeigt auf WW-punkt – 4 Linien, je eine in jeder Ecke eines Turms – Korrektur auf Spursagitta mit 30 m Genauigkeit – Präzision der Alignierung axiales System zwischen benach- barten Kammern einer Lage – basiert auf der RASNIK Technologie – ermöglicht Verschmelzung zweier benachbarter Kammern zu einer Einheit (verwendet im projektiven System) verringert Anzahl der projektiven Linien Kammerverformungen mit RASNIK-System

6 azimutal pseudo-projectiv Balken azimutale Sensoren zwischen benachbarten Kammern sowie zwischen Kammern und Balken Überwachung der Kammerpositionen im Balkengitter Balken- und Kammerverformungen mit RASNIKs Das Alignierungssystem Endkappen System mit minimaler Anzahl an pseudo-projektiven Linien zwischen Hilfsbalken (Alignmentbars) – Balken radial in Kammerlage angeordnet – Verwendung von BCAMs und RASNIKs – projektive Monitore – azimutale Sensoren zwischen Balken einer Lage relative Position der Balken zueinander

7 Systemtest am CERN (in H8) Endkappenbereich Zentralbereich Test eines vollständigen Sektors für Zentralbereich und Endkappen im Myonstrahl am CERN 25m µ Zentralbereich: - je 2 MDTs der inneren, mittleren und äußeren Lage - mittlere + äußere Lage mit RPCs ausgestattet Endkappen: - je 2 MDTs der inneren, mittleren und äußeren Lage - TGCs implementiert kontrollierte Verschiebungen und Drehungen einer Kammer Vgl. von Spurrekonstruktion und optischem Alignierungssystem Test der Präzision Kalibrierung des Alignierungssystems mit geraden Spuren

8 Test des Systems - Strategie im Vgl. zu einem Referenzdatensatz ohne Verschiebungen/Drehungen: (relative Alignierung) Bestimmung der Kammerpositionen mit dem optischen Alignierungssystems Bestimmung von Spursegmenten in den Kammerlagen und Berechnung der Sagitta mit und ohne Korrekturen aus dem Alignierungssystems Berechnung der Präzision aus dem RMS der mittleren korrigierten Sagittawerte äußere Kammern mittlere Kammern innere Kammern

9 Sagitta nach Alignmentkorrektur [µm] Verschiebung [µm] MPI/Saclay Verschiebung der Kammer Sagitta [µm] Verschiebung [µm] Sagitta [µm] Relative Alignierung (I) Zentralbereich Korrelation zwischen Sagitta und gezielter relativer Verschiebung Korrektur der Kammerposition mit dem Alignierungssystem stabile Sagitta mit RMS < 20µm

10 Relative Alignierung (II) Zentralbereich Rotation um die Strahlachse [µm] Anhebung der Kammer an Aufhängung MPI/Saclay Rotation um die Rohrachse [mrad] Sagitta [µm] Rotation der Kammer Sagitta stabil nach Korrektur der Kammerposition mit dem Alignierungssystem RMS < 20µm Alignierungssystem im Zentralbereich funktioniert Sagitta [µm]

11 Relative Alignierung (III) Endkappen Sagitta Alignierungssystem - Sagitta Spur RMS < 20µm Endkappen-Alignierungssystem sagt Spursagitta vorher CERN/Michigan

12 Kalibrierung mit geraden Spuren Präzision der absoluten Alignierung durch Sensorpositionierung beschränkt Verbesserung der Präzision durch Kalibrierung mit geraden Spuren Ziel: Bestimmung des Beitrags S Fehlposi. der Fehlpositionierung der optischen Sensoren in der gemessenen Spursagitta Vorgehen: Teilchenspuren = gerade Linien ( ohne Magnetfeld ) gemessene Spursagitta S sp = S mis.align. + S Vielfach. vom optischen System S op = S mis.align. + S Fehlposi. Residuum: S res = S sp – S op = S Fehlposi. + S Vielfach. S Fehlposi. c 00 + c 10tan( ) + c 01tan( ) + c 11tan( )tan( ) + c 02tan 2 ( ) c ij definiert durch die Fehler auf den extrahierten Kammerpositionen stochastisch, Vielfachstreuung im Mittel 0 systematischer Bias in den rekonstruierten Kammerpositionen und in der Spursagitta mit ausreichender Statistik im gesamten - Bereich Extraktion von S Fehlposi. durch Fit von S res möglich

13 Studien zur Kalibrierung Analyse-Strategie: Verwendung von Teststrahldaten im Zentralbereich - Abdeckung in durch Variation des Strahls mit Magneten - in nur Strahldivergenz, keine Variation möglich Verwendung der Alignierungskorrekturen auf die Kammerpositionen Betrachtung der Sagitta = S Fehlposi. als Funktion von und nächste Schritte: Untersuchung der -Abhängigkeit Parametrisierung der Sagittaänderung mit und [mrad] Sagitta [mm] MPI/Saclay

14 Zusammenfassung und Ausblick komplexes Alignierungssystem des ATLAS Myonspektrometers Test im Myonstrahl am CERN Ergebnisse im Zentralbereich: Alignierungssystem reproduziert relative Verschiebung und Drehungen mit 20 m Genauigkeit auf der Spursagitta in den Endkappen: Alignierungssystem reproduziert relative Verschiebung mit 20 m Genauigkeit absolute Alignierung Untersuchung der Verbesserung der Genauigkeit durch Kalibrierung mit geraden Spuren begonnen

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16 Red Alignment System of NIKHEF – RASNIK: BCAM - Boston CCD Angular Monitor:

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