Test des optischen Alignierungssystems des ATLAS Myonspektrometers

1. Test des optischen Alignierungssystems des ATLASMyonspektrometers 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: <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

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

4. 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

5. 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 • 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 CCD Linse axial Maske projectiv

6. Das AlignierungssystemEndkappen • 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

7. 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: - je 2 MDTs der inneren, mittleren und äußeren Lage - 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

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

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

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

12. Kalibrierung mit geraden Spuren Präzision derabsolutenAlignierung 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 SpursagittaSsp =Smis.align.+SVielfach. • vom optischen SystemSop=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 vonSFehlposi. durch Fit von Sres 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 = SFehlposi. als Funktion von  und  MPI/Saclay Sagitta [mm] • nächste Schritte: • Untersuchung der -Abhängigkeit • Parametrisierung der Sagittaänderung • mit  und   [mrad]

14. Zusammenfassungund 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

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