[論文レビュー] Performance of the RPC-based ALICE muon trigger system at the LHC

F. Bossù, M. Gagliardi+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2012

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

ひとこと要約

本論文は、LHC運用の初年度2年間（2010–2011年）におけるALICE実験のRPCベースのミュオントリガーシステムの性能および安定性を評価しており、pp衝突およびPb–Pb衝突の両方において、効率、ダーク電流、トリガーリアブルリティに注目している。システムは高い安定性と効率を維持しており、95%の平均効率と高放射線環境下でも安定したパラメータを示した。また、ハドロンバックグラウンドを効果的に排除しながら高pTミュオンを選別する有効性が確認された。

ABSTRACT

The forward muon spectrometer of ALICE (A Large Ion Collider Experiment) is equipped with a trigger system made of four planes of Resistive Plate Chambers (RPC), arranged in two stations with two planes each, for a total area of about 140 m2 . The system provides single and di-muon triggers with suitable transverse momentum selection, optimised for the physics of quarkonia and open heavy flavour. In the first two years of data-taking at the Large Hadron Collider (2010 and 2011) the 72 RPCs were operated in highly saturated avalanche mode in both pp and Pb-Pb collisions. The integrated charge was about 1.3 mC/cm2 on average and 3.5 mC/cm2 for the most exposed detectors. This paper describes two main results. The first result is the determination of the RPC performance, with particular focus on the stability of the main detector parameters such as efficiency, dark current, and dark rate. The second result is the measurement of the muon trigger performance in Pb-Pb collisions at sqrt(s_NN) = 2.76 TeV, in terms of the reliability and stability of the trigger decision logic.

研究の動機と目的

• 高光度LHC運用下におけるALICEミュオントリガーシステムの長期的安定性と性能を評価すること。
• √sNN = 2.76 TeVのPb–Pb衝突におけるトリガーデシジョン論理の信頼性と選別能を評価すること。
• ハドロンバックグラウンドを抑圧しながら高横断運動量ミュオンを同定するシステムの効率を定量化すること。
• 10年分のLHC運用を模擬した高放射線環境下におけるRPCの運用耐性を検証すること。

提案手法

• システムは72個のシングルギャップRPCから構成され、2つのステーションに分けられ、それぞれが2枚のプレーンを有する。高飽和アバランチモードで稼働し、C2H2F4/C4H10/SF6ガス混合ガスが使用されている。
• 検出器の性能は、リアルタイムで高電圧を調整し、温度および気圧変動を補正する検出器制御システム（DCS）によって監視されている。
• 宇宙線および初期のpp衝突データを用いて、個々のRPCごとに校正を実施し、効率、ダーク電流、ダークレートを測定している。
• Pb–Pb衝突におけるトリガーパフォーマンスは、ターンオン曲線および選別能測定により評価され、再構築されたミュオンpT分布とトリガースイッチのしきい値を比較している。
• ミュオントラッキングシステムとトリガーシステムが同一のミュオンを同定する割合を、両方のシステムで同定されたトラックとトラッキングのみで同定されたトラックを比較することで、マッチング効率を定量化している。
• 2010年および2011年のデータを分析し、異なる光度条件下での時間的安定性および一貫性を評価している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2年間の連続したLHC運用において、効率、ダーク電流、ダークレートといった主要なRPCパラメータはどの程度安定しているか？
• RQ2 √sNN = 2.76 TeVのPb–Pb衝突において、ミュオントリガーシステムはどの程度高い効率と選別能を維持しているか？
• RQ3 特に高粒子多重度を示す中央衝突において、低pTミュオンおよびハドロンはどの程度効果的に遮断されているか？
• RQ4 放射線被ばくがRPC性能に与える影響は何か？また、長期的年齢試験の予測と一致するか？
• RQ5 トリガーシステムは高pTミュオンをどの程度正確に再構築しているか？また、ミュオントラッキングシステムとのマッチング効率はどの程度か？

主な発見

• RPCの平均効率は95%であり、2cm幅ストリップにおけるクラスタサイズが1.4であった。これは優れた空間分解能および信号分解能を示している。
• ダーク電流の平均は0.1 nA/cm²、ダークレートは0.05 Hz/cm²であり、時間的変化が認められたのはダーク電流のみであった。
• システムは時間経過に伴って高い安定性を維持しており、ダーク電流にわずかな変動しか認めず、高放射線負荷下でも耐性があることが確認された。
• Pb–Pb衝突では、0–10%の中央度でpT > 1 GeV/cのトリガーセレクティビティが60.9%、pT > 4 GeV/cでは13.61%であった。中央衝突における高い選別能が示された。
• pT > 1 GeV/cのトリガーターンオン曲線は、高pT領域で約1.0のプラトーに達しており、しきい値性能の正確さが確認された。
• トラッキングシステムとトリガーシステムのマッチング効率は、高pT領域で約85%であった。これは主にハドロンがミュオンフィルタで停止することに起因しており、トリガーシステム自体の非効率性によるものではなかった。