[论文解读] 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 10

一句话总结

本文评估了在LHC运行的前两年（2010–2011年）ALICE实验中基于RPC的μ子触发系统的表现与稳定性，重点关注pp和Pb–Pb碰撞中的效率、暗电流及触发可靠性。结果表明，尽管受到高辐射暴露影响，该系统仍保持了高稳定性和效率，平均效率达95%，参数稳定，并有效筛选出高pT μ子，同时抑制强子背景。

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.

研究动机与目标

• 评估在高亮度LHC运行条件下，利用RPC的ALICE μ子触发系统的长期稳定性与性能。
• 评估在√sNN = 2.76 TeV的Pb–Pb碰撞中，触发决策逻辑的可靠性和选择性。
• 量化系统在抑制强子背景的同时识别高横动量μ子的能力。
• 验证RPC在高辐射暴露下的运行鲁棒性，模拟十年LHC运行的长期老化效应。

提出的方法

• 系统采用72个单间隙RPC，布置于两个站，每个站包含两个平面，工作在高度饱和的雪崩模式下，使用C2H2F4/C4H10/SF6气体混合物。
• 通过探测器控制系统（DCS）实时监控探测器性能，自动调节高压，并补偿温度和压力变化。
• 利用宇宙射线和早期pp碰撞数据测量效率、暗电流和暗计数率，每个RPC单独进行校准。
• 通过Pb–Pb碰撞中的开启曲线和选择性测量评估触发性能，将重建的μ子pT分布与触发阈值进行比较。
• 通过比较同时被μ子追踪系统和触发系统识别的轨迹与仅由追踪系统识别的轨迹，量化追踪系统与触发系统之间的匹配效率。
• 分析2010年和2011年的数据，评估在不同亮度条件下的时间稳定性与一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在连续两年的LHC运行中，关键RPC参数（效率、暗电流、暗计数率）的稳定性如何？
• RQ2 在√sNN = 2.76 TeV的Pb–Pb碰撞中，μ子触发系统在多大程度上保持了高效率和高选择性？
• RQ3 该触发系统在中心碰撞（粒子多重性高）条件下，对低pT μ子和强子的抑制能力如何，尤其在高背景环境中？
• RQ4 辐射暴露对RPC性能有何影响？其表现是否与长期老化测试预测一致？
• RQ5 触发系统在高pT μ子重建中的准确性如何？其与μ子追踪系统的匹配效率处于何种水平？

主要发现

• RPC的平均效率为95%，2 cm宽条纹的簇集大小为1.4，表明空间分辨率和信号分辨率极佳。
• 暗电流平均为0.1 nA/cm²，暗计数率为0.05 Hz/cm²，仅暗电流表现出可测量的时间变化。
• 系统在长时间运行中保持高度稳定，暗电流仅有微小偏差，证实其在高辐射负荷下的鲁棒性。
• 在Pb–Pb碰撞中，0–10%中心度下pT > 1 GeV/c的触发选择性为60.9%，pT > 4 GeV/c时为13.61%，表明在中心事件中具有高选择性。
• pT > 1 GeV/c的触发开启曲线在高pT区域达到约1.0的平台，证实了阈值性能的准确性。
• 在高pT区域，追踪系统与触发系统之间的匹配效率约为85%，主要受限于强子在μ子过滤器中的停止，而非触发系统的效率不足。