Calibração do Tilecal J. Carvalho P. Martins Departamento de Física & LIP-Coimbra Jornadas do LIP, Braga Janeiro 8, 2009 1
Calibração do TileCal O TileCal é um sistema complexo que exige a monitorização e controlo de vários parâmetros (ruído electrónico, ganho dos PMT, etc.), que dependem do tempo, temperatura, etc. Estes valores têm que ser conhecidos precisamente para compreender os dados e serem integrados na reconstrução ATLAS. O Laser juntamente com o Césio e o CIS permitem uma calibração da cadeia de hardware, desde os módulos até à electrónica de leitura.
O Sistema de Césio do TileCal Evolução da resposta do TileCal a fontes de Césio radioactivas em função do tempo nas 4 partições A actividade das fontes nos três cilindros (LB, EBA, EBC) é diferente
O Sistema de Injecção de Carga (CIS) do TileCal Estabilidade temporal das constantes de calibração, para 19595 canais ADC O RMS para a média global do detector é 0,03% e 0,04% para alto e baixo ganho respectivamente
Configuração óptica do sistema laser Diode 1 Diode 2 Diode 3 Diode 4 O sistema Laser está dividido em três partes: a LASER box, que contém a fonte de luz e o sistema de calibração interno, a Coimbra box que conduz a luz para as fibras longas que finalmente chegam aos módulos para alimentar os 9856 PMTs. 5
Laser box A Laser box contém a cabeça do laser que emite luz infravermelha de dupla frequência de cor verde (532 nm). A luz emitida passa por um espelho semi-reflector e cerca de 8.8% atravessa um dispositivo de light-mixing. Seguidamente, segue por 5 fibras que alimentam 3 dos 4 fotodíodos usados para a calibração e os dois PMTs usados pela electrónica.
Encaminhamento da luz e equalização A luz produzida pelo sistema laser é distribuída pelos PMTs do TileCal através de 384 fibras ópticas com 100 metros de comprimento, indo da Coimbra box para os módulos do TileCal; As fibras são divididas em sub-fibras (17 para os módulos laterais e 45 para os módulos centrais), de modo a chegarem a todos os PMTs. Há cerca de 10000 canais a receber luz laser, que num mundo ideal, deveria cobrir toda a dinâmica dos canais. A luz é dividida 2 vezes antes de entrar nos PMTs: dentro da Coimbra box e na entrada dos drawers. Para equalizar a luz recebida por cada canal e estarmos certos que cobrimos a mesma dinâmica em todos, tem que se ajustar os conectores logo à saída da Coimbra box, uma vez que os drawers são inacessíveis.
Coimbra box
Processo de equalização das fibras 1. Pôr todos os conectores na mesma posição (transmissão máxima); 2. Determinar a intensidade de luz efectiva enviada por cada uma das 384 fibras; 3. Escolher uma fibra de referência e alinhar as outras por essa. A escolha do valor de referência: antes da equalização, corre-se um Laser run com amplitude máxima possível (filtro 5/intensidade 30000). Todos os canais saturam, caso contrário, o problema não está nas fibras. A fibra de referência será a fibra saturada que tem um sinal mais baixo num Laser run intermédio.
Sistema de calibração e monitorização LASER para o TileCal NOSSO sistema! (LIP + Clermont-Ferrand + Pisa) Tarefas: + monitorizar a estabilidade da resposta dos PMT (alterações com o tempo) + estudar a linearidade dos PMT (resposta linear às partículas) Para atingir a precisão desejada tem que se controlar cuidadosamente todas as fontes potencias de instabilidade e efeitos sistemáticos (são usados vários níveis de monitorização)
Sistema de calibração e monitorização LASER para o TileCal Estabilidade: foram tirados runs laser em cada semana, nas mesmas condições e verificaram-se as variações na resposta dos PMTs (ajuste com uma constante e um desvio no ganho inferior a 1%) Linearidade: recolheram-se dados com diferentes intensidades de laser para vários filtros e foi verificada a linearidade da resposta dos PMTs (ajuste com uma recta, desvio inferior a 4% no espectro total de energia)
LASER event
Análise de dados Os dados são tirados periodicamente com o sistema laser para monitorização Os dados são processados automaticamente no CERN com software específico (TUCS) e os resultados são recolhidos e disponibilizados online Os problemas são identificados, confirmados e a base de dados do detector é actualizada (lista dos canais desligados/ problemáticos)
Estabilidade com o tempo Verificar se a razão da resposta dos PMT, normalizada à resposta do fotodíodos é constante com o tempo
Exemplo da monitorização da estabilidade (um módulo)!"#$%&%"'()*+%"*,%+-(./#)0&.( 1*+.()*23&.4!"#$% &'()*+,-.&'(, /.0,1234520067!89:; &'(?@+,AB277, C280,3>8D:,/0.:,E6:,.0,1234520067!89:; &'(*<+,"2349=, "23!296>,/.0, 1234520067!89:; 16 #,980C76,F7.:,C8G69,2,G898.0,.D,:56,H$,&'(9,.D,2,B.3I76,/.0,:56,J61; Um gráfico simples dá-nos uma visão global dos 45 PMTs de um módulo (na web)
Monitorização da estabilidade!"#$%&%"'()*+%"*,%+-!"#$%&'"()$&*('$+&$%&,*(,-(.&#"/$#(01..2"(+"-"+"*3"(+4*(45"6(-,+(%2"5"(7#,%5(8$5(+"3,+6"6( &*(9&6:5"7%"9;"+ Variação dos ganhos relativos dos PMTs do TileCal O run de referência usado para estes gráficos foi tirado em Setembro 0&*<($+"$5(+"7+"5"*%(%2"(#&9&%(,'"+(82&32($(32$**"#( &5(3,*5&6"+"6($5($#.( 17 A área a rosa representa o limite acima do qual o canal é considerado mau
Monitorização da linearidade PMT x (GeV) Graph 450 400 350 300! 2 / ndf 67.84 / 59 p0-1.513e-05 ± 0.007052 p1 1 ± 0.0003225 250 200 150 100 50 0 0 100 200 300 400 PMT 0 (GeV) Linearidade É importante que os PMTs tenham uma resposta linear com a energia das partículas, no espectro total das energias (desde ~0.1 GeV até ~1 TeV)
0+#$)*+1 Exemplo da monitorização da linearidade (um módulo) Um gráfico simples dá-nos uma visão global dos 45 PMTs de um módulo (na web)
Conclusões e futuro O sistema de monitorização e calibração do TileCal está agora a funcionar de acordo com as especificações (incluindo o LASER) Os problemas de estabilidade estão resolvidos, continuamos a recolha regular de dados e respectiva análise Os problemas de linearidade foram resolvidos em primeira ordem, os efeitos de segunda ordem ainda estão em investigação A operação do LASER no ambiente ATLAS está quase definido: acontecimentos isolados nos pacotes vazios e runs de calibração durante a injecção do feixe
Pessoas envolvida (do LIP) Técnicos do LIP (Rui Alves, Américo Pereira, Joaquim Oliveira) Físicos do LIP (João Carvalho, Paulo Martins, Susana Santos, Bruno Galhardo)