[論文レビュー] A Cosmic Ray Measurement Facility for ATLAS Muon Chambers

O. Biebel, M. Binder+16 more|ArXiv.org|Jul 30, 2003

Particle Detector Development and Performance参考文献 2被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、マックス＝プロイセン大学ミュンヘンに設置された宇宙線測定施設を紹介しており、ATLAS MDTミューオン検出器の部品が設置される前に高精度なキャリブレーションと試験を可能にする。宇宙線ミューオンを用いて、検出器面内で8.3 μmの精度でアノード線の位置を測定し、垂直方向には27 μmの精度を達成しており、ATLASにおける単独のミューオン運動量測定において20 μm未塔の精度を実現している。

ABSTRACT

Monitored Drift Tube (MDT) chambers will constitute the large majority of precision detectors in the Muon Spectrometer of the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider at CERN. For commissioning and calibration of MDT chambers, a Cosmic Ray Measurement Facility is in operation at Munich University. The objectives of this facility are to test the chambers and on-chamber electronics, to map the positions of the anode wires within the chambers with the precision needed for standalone muon momentum measurement in ATLAS, and to gain experience in the operation of the chambers and on-line calibration procedures. Until the start of muon chamber installation in ATLAS, 88 chambers built at the Max Planck Institute for Physics in Munich have to be commissioned and calibrated. With a data taking period of one day individual wire positions can be measured with an accuracy of 8.3 micrometers in the chamber plane and 27 micrometers in the direction perpendicular to that plane.

研究の動機と目的

• MPIミュンヘンで製作された88個のATLAS MDTミューオン検出器を設置前に稼働確認およびキャリブレーションすること。
• MDT検出器内のアノード線の3次元位置を20 μm未塔の精度で測定し、単独のミューオン運動量測定を可能にすること。
• 宇宙線ミューオンを用いて検出器の幾何構造とアライメントを検証し、X線断層撮影法の結果と比較すること。
• 大規模なミューオンスペンターメーター運用に向けたオンラインキャリブレーション手順およびアライメントシステムの開発と試験を行うこと。
• 制御された環境条件下での検出器の機械的および電気的安定性を確保すること。

提案手法

• 600 MeV以上の運動量を持つミューオンを検出するため、3つのシンチレーションホドスコープ（上層1枚、下層2枚、段差付き）からなる宇宙線トリガーシステムを用いる。
• ミューオンの軌跡は、MDT検出器内のドリフト時間から再構築され、時間分解能は800 ps未塔、x方向の位置分解能は8 cmである。
• アノード線の位置は、線へのドリフト時間の測定と、X線断層撮影法でキャリブレートされたr-t関係を適用することで決定される。
• 接触式でないアライメントシステム（RasNikおよび容量性センサー）が、5 μm未塔の精度で検出器の位置をモニタリングする。
• トラックフィッティングと残差解析を用いて、宇宙線データからレイヤーのオフセット、グリッド定数、および傾きなどの幾何パラメータを抽出する。
• データ選別には、ホドスコープのヒット数、トラック品質、推定ミューオンエネルギーのカットを適用し、バックグラウンドを低減し分解能を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙線測定は、ATLASにおける単独のミューオン運動量測定に必要な20 μmの線位置精度を達成できるか？
• RQ2 宇宙線による線位置測定精度は、X線断層撮影法の結果と比べてどの程度か？
• RQ3 MDT検出器におけるレイヤーのオフセット、グリッド定数、および角度のずれを測定する際に達成可能な精度はどの程度か？
• RQ4 この施設は、週に最大2個の割合で88個のMDT検出器を信頼性高くキャリブレーションおよび稼働確認できるか？
• RQ5 環境要因およびアライメントの影響が、測定分解能および一貫性にどのように影響するか？

主な発見

• 28時間のデータ取得後、宇宙線測定施設は検出器面内で8.3 μm、垂直方向には27 μmの線位置分解能を達成した。
• レイヤーのオフセットは1.8 μmの精度で測定され、グリッド定数は0.15 μmの分解能で測定された。
• z方向のレイヤーずれは4.4 μmの精度で測定され、x軸周りの傾き角度は17×10⁻⁶ radの精度で測定された。
• 宇宙線による線位置測定結果とX線断層撮影法の結果との間には23 μmのRMS差が認められ、施設の分解能が自らのシステムに制限されていることを示している。
• レイヤーずれおよびグリッド定数の測定値は、断層撮影法のデータと良好に一致しており、施設のキャリブレーション精度が妥当であることを検証した。
• この施設は、週に最大2個のペースで88個のBOS型MDT検出器の稼働確認を効果的に支援し、ATLAS設置スケジュールを満たした。