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

Das ATLAS-Myonspektrometer ATLAS am LHC: Mehrzweckdetektor zur Suche von Higgs und neuer Physik (14TeV) Myon Spektrometer: toroidales Magnetfeld: <B> = 0.4 T  hohe pt-Auflösung für µ von 10-1000GeV 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

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 Zentralbereich Länge: 1 – 6 m, Breite: 1 – 2 m optisches System zur Überwachung der Kammerverformung Gas: Ar:CO2 (93:7), 3 Bar Endkappen

Anforderungen Ziel: hohe unabhängige µ-Impuls Auflösung von 2-10% ! bei 1TeV:  = 10%  Sagitta = 500 µm ausgefeiltes optisches Alignierungs- system zur Beobachtung von Kammerverformungen und Kammer- verschiebungen (etwa 5300 optische Sensoren) Kammerauflösung: 50 µm Monitoring der hohen mechanischen Genauigkeit während der Produktion  Teststrahl 2002-2004

Das Alignierungssystem Zentralbereich 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 ermöglicht Verschmelzung zweier benachbarter Kammern zu einer Einheit (verwendet im projektiven System)  verringert Anzahl der projektiven Linien Kammerverformungen mit RASNIK-System CCD Linse axial Maske projectiv

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 Balken azimutale Sensoren zwischen benachbarten Kammern sowie zwischen Kammern und Balken  Überwachung der Kammerpositionen im Balkengitter Balken- und Kammerverformungen mit RASNIKs pseudo-projectiv azimutal

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

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

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

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

Relative Alignierung (III) Endkappen SagittaAlignierungssystem - SagittaSpur CERN/Michigan RMS < 20µm  Endkappen-Alignierungssystem sagt Spursagitta vorher

Kalibrierung mit geraden Spuren Präzision der absoluten Alignierung durch Sensorpositionierung beschränkt  Verbesserung der Präzision durch Kalibrierung mit geraden Spuren Ziel: Bestimmung des Beitrags SFehlposi. der Fehlpositionierung der optischen Sensoren in der gemessenen Spursagitta Vorgehen: Teilchenspuren = gerade Linien ( ohne Magnetfeld ) gemessene Spursagitta Ssp = Smis.align. + SVielfach. vom optischen System Sop= Smis.align. + SFehlposi. Residuum: Sres = Ssp – Sop = SFehlposi. + SVielfach. SFehlposi.  c00 + c10•tan() + c01•tan() + c11•tan()•tan() + c02•tan2() cij 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 SFehlposi. durch Fit von Sres möglich

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 = SFehlposi. als Funktion von  und  MPI/Saclay Sagitta [mm] nächste Schritte: Untersuchung der -Abhängigkeit Parametrisierung der Sagittaänderung mit  und   [mrad]

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

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