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1 Medida de las Eficiencias Relativas y Monitorización de las Ganancias de los Fotomultiplicadores del Detector RICH de AMS-02 Cristina de la Guía David.

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1 1 Medida de las Eficiencias Relativas y Monitorización de las Ganancias de los Fotomultiplicadores del Detector RICH de AMS-02 Cristina de la Guía David Crespo Cristina de la Guía David Crespo

2 2 Estudio de la naturaleza y composición de los RC Estudio de la abundancia relativa de los isótopos de núcleos ligeros Búsqueda de Antimateria Búsqueda de Materia Oscura Estudios de Astrofísica OBJETIVOS CIENTÍFICOS AMS: Medidas múltiples e independientes son requeridas: Medidas |Z| con: Tracker, RICH, TOF. Momento y Signo de carga Z medido en tracker (8 puntos). Velocidad medida en TOF, RICH. Separación Hadrón/electrón en TRD, ECAL

3 RICH (Ring Imaging Cherenkov) Radiador: aerogel de sílice (n=1.05) y NaF (n=1.334). Plano de detección: conjunto de 680 fotomultiplicadores Hamamatsu R M16 (4x4 píxeles/canales). Reflector: capa reflectiva de 100 nm de aluminio y 300 nm de SiO 2. Reflectividad del 85% a =420 nm Objetivo: Medida de la velocidad con una precisión ~0.1%/Z y de la carga hasta Z=26 60 cm 67 cm 46.8 cm EL RICH DE AMS-02

4 4 stat sys : ~1%-2%. Contribuyen distintas incertidumbres Medimos Eficiencias Calibramos/ monitorizamos Ganancias Cálculo de Z stat sys N exp (Z=1)

5 5 MEDIDA DE LAS EFICIENCIAS RELATIVAS DE LOS FOTOMULTIPLICADORES DEL RICH DE AMS-02

6 6 Objetivo Principal : Medida de la eficiencia relativa para la detección de luz de cada fotomultiplicador del plano de detección. Medida de la eficiencia relativa para la detección de luz de cada fotomultiplicador del plano de detección. Estudiar viabilidad del método con un módulo principal del plano de detección. Estudiar viabilidad del método con un módulo principal del plano de detección. Procedimiento: Iluminamos con la misma cantidad de luz a todos los PMT y calculamos la luz detectada por los PMT

7 7 HV Fuente de alto voltaje REJILLA_ G

8 8 Obtención de la Eficiencia: Rango de fotón único. Rango de fotón único. Cálculo del número medio de fotoelectrones por canal. Cálculo del número medio de fotoelectrones por canal.

9 9 Cálculo de la Eficiencia Obtención del número medio de fotoelectrones ( ) Estadística de Poisson: Pr = ( e- r ) / r! Pr = ( e- r ) / r! P 0 = ( e- ) ; P 0 = ( e- ) ; P 0 = N sucesos pedestal/ Ntot sucesos; P 0 = N sucesos pedestal/ Ntot sucesos; Estimador : i=1,16 i Estimador : i=1,16 i Metodología: Cuatro dispositivos que iluminan siempre los 16 canales con la misma cantidad de luz.

10 10 Repetibilidad de la medida de la luz proporcionada por cada dispositivo. Es capaz de repetir la medida mejor que el 2%. < 1% EstabilidadTemporal Repetibilidad Dispersión del número medio de fotoelectrones en diferentes momentos Eficiencias Relativas RMS :5.8%

11 11 Plano de detección es uniforme dentro del 5-6 % Las medidas han sido incorporadas a la base de datos. Eficiencias Relativas de Detección para el plano de detección del RICH

12 12 MONITORIZACIÓN DE LAS GANANCIAS DE LOS FOTOMULTIPLICADORES DEL RICH DE AMS-02

13 13 Plano de detección Detección de los anillos Cherenkov Cherenkov Reconstrucción de la velocidad y de la carga Fotomultiplicadores Variación de la ganancia Factores ambientales: variación de la temperatura (entre -20 ºC y +30 ºC => -0.4%/ ºC en ganancia Vibración despegue: puede afectar a la geometría dínodos. Largo plazo: envejecimiento fotomultiplicadores. Incertidumbre en Determinación de la Carga - - Conocer la ganancia de los canales con una precisión mejor que el 10% No existe un sistema de calibración independiente para el RICH en vuelo Se necesita desarrollar un sistema de monitorización y calibración utilizando los sucesos registrados MOTIVACIÓN

14 14 MONITORIZACIÓN (caso nominal) 1)Simulación de protones para un tiempo de toma de datos equivalente a 1 órbita (90 minutos). 2)Reconstrucción de las variables físicas asociadas al RICH (velocidad y carga.) 3)Selección de sucesos (criterio geométrico, de calidad y de señal). 4)Selección de señales en el intervalo [0.25, 1.75] fotoelectrones. Señales seleccionadas 85% Media = 1 Anchura = 0.03 (precisión en la determinación de la ganancia)

15 15 MONITORIZACIÓN (caso realista) 1)Simulación de sucesos con ganancias modificadas para 90 minutos (variación realista) 2)Reconstrucción de la velocidad y carga a partir de las ganancias nominales. 3)Selección de sucesos (criterio geométrico, de calidad y de señal). 4)Selección de señales en el intervalo [0.25, 1.75] fotoelectrones. Carga media Factor de corrección Gan. reajus. = Factor de correción x Gan. nominal Media = 1 Anchura = Ganancias reajustadas (1ª aproxima.)

16 16 CALIBRACIÓN (método iterativo) Sesgo tiende a 0 Precisión: 2.3 veces peor en 1 órbita (amplificación estadística).

17 MÉTODO ITERATIVO (3 órbitas) esta : error estadístico esta : error estadístico sist : error sistemático del algoritmo sist : error sistemático del algoritmo La precisión sigue un comportamiento puramente estadístico (3.8% para 270min) La precisión sigue un comportamiento puramente estadístico (3.8% para 270min) El error sistemático es consistente con 0 El error sistemático es consistente con 0 Se necesita acumular estadística durante 5 órbitas para recuperar la precisión inicial.

18 PROCEDIMIENTO GENERAL DE GALIBRACIÓN Sí se aplica la calibración No se aplica la calibración

19 19 CONCLUSIONES

20 20 Medida de las eficiencias relativas Se ha determinado la eficiencia relativa de detección de los fotomultiplicadores del RICH. Se ha determinado la eficiencia relativa de detección de los fotomultiplicadores del RICH. La precisión de las medidas obtenidas está dentro del 2%, por lo que no se espera una contribución significativa a la incertidumbre en la medida de la carga. La precisión de las medidas obtenidas está dentro del 2%, por lo que no se espera una contribución significativa a la incertidumbre en la medida de la carga. Se ha probado la viabilidad del método con una rejilla y ha sido aplicado al resto del plano de detección. Se ha probado la viabilidad del método con una rejilla y ha sido aplicado al resto del plano de detección. Las medidas obtenidas para todo el plano de detección son uniformes dentro del 6%. Las medidas obtenidas para todo el plano de detección son uniformes dentro del 6%.

21 21 Monitorización de las ganancias Se ha desarrollado un método de monitorización y calibración de las ganancias de los fotomultiplica- dores utilizando los sucesos registrados. Se ha desarrollado un método de monitorización y calibración de las ganancias de los fotomultiplica- dores utilizando los sucesos registrados. El algoritmo propuesto proporciona una determi- nación de las ganancias de los canales individuales con una precisión del 3%. El algoritmo propuesto proporciona una determi- nación de las ganancias de los canales individuales con una precisión del 3%. La monitorización de la respuesta de los canales individuales se realiza utilizando la muestra acu- mulada a lo largo de 1 órbita (90 min). La monitorización de la respuesta de los canales individuales se realiza utilizando la muestra acu- mulada a lo largo de 1 órbita (90 min). La identificación y calibración de canales con variaciones significativas de ganancia requiere la muestra equivalente a 5 órbitas. La identificación y calibración de canales con variaciones significativas de ganancia requiere la muestra equivalente a 5 órbitas.

22 22 OTRAS DIAPOSITIVAS

23 23 Diploma Estudios Avanzados Cristina De La Guía, CIEMAT 23 Detección de Calorimetro : Conversión : Detección de pares e+e- en el Tracker

24 24 TRD (Detector radiación de transición ) Separación e ± de p < en GeV ToF (Tiempo de Vuelo) 1 º y 2 º plano Velocidad v, dE/dX, fast trigger Imán Superconductor ( 0.86 T) Tracker de Silicio 8 x-y planos con resolución 10/30 m, dE/dX determinación de P y carga RICH (Ring Imaging Cerenkov Counter) Precisión en medida - separación isótopos, Z ECAL (Calorímetro Electromagnético) Separación e ± de p < Peso Total: ~ 6 tons; Poder Consumición: ~ 2 kW. ACC veta partículas que entran de abajo a arriba ToF 3 º y 4 º plano Star Tracker Mide orientación de AMS en espacio

25 25 Diploma Estudios Avanzados Cristina De La Guía, CIEMAT 25 Mínima cantidad de materia que atraviese hasta ECAL Larga duración (3 años). Aceptancia de 0.5 m 2 sr. Alta estadística Medida velocidad / = 0.1 % distinguir: 9 Be, 10 Be, 3 He, 4 He isótopos. Rigidez R= pc/|Z|e (GV) de 0.5 TV y Factor de Identificación Antihelio/Helio Medidas múltiples e independientes son requeridas: Medidas |Z| con: Tracker, RICH, TOF. Signo de carga Z medido en tracker (8 puntos). Velocidad medida en TOF, RICH. Separación Hadrón/electrón en TRD, ECAL Características:

26 26 Diploma Estudios Avanzados Cristina De La Guía, CIEMAT 26 Estudio señales en intensos ruidos (backgrounds) Reducir cantidad de material atravesado Repetidas medidas de la carga y velocidad Condiciones Operacionales en Shuttle y en ISS niveles radiación y condiciones vacío : -60º y 40º Vibraciones cambios aceleración masa < 6T Consumir < 2 KW Diseño:

27 27 PM = 7.8% Fabricante (Hamamatsu) nos da valores eficiencia cuántica con una dispersión: ESTIMACIÓN DE LA INCERTIDUMBRE PMT A PMT Es necesario medir la eficiencia de detección PMT a PMT. Nesp=7 stat=0.21 PM= 7% Z max =19 Necesitamos: PM <5% Existen otros factores que influyen en la eficiencia de detección: Eficiencia guías ópticas Contacto óptico

28 28 Repetibilidad de la medida de la luz proporcionada por cada dispositivo. Es capaz de repetir la medida mejor que el 2%. Estabilidad/repetibilidad: Dispersión del número medio de fotoelectrones en diferentes momentos < 1% Medidas eficiencias tomadas por un dispositivo RMS 4.5%

29 29 spe : resolución del PMT, para detectar un sólo fotoelectrón; es ~50%. EXP : incertidumbre sistemática que afecta a todo el anillo detectado; es ~1%-2%. Incertidumbres a nivel del canal: CH ; es < 10% Calibración ganancias Incertidumbres a nivel del PMT: PM Medida Eficiencias Cálculo de Z Stat Sys

30 30 Obtención de los Estimadores: Rango de fotón único. Rango de fotón único. Cálculo del número medio de fotoelectrones por canal. Cálculo del número medio de fotoelectrones por canal.

31 31 Cálculo de los Estimadores Obtención del número medio de fotoelectrones ( ) Estadística de Poisson: Pr = ( e- r ) / r! Pr = ( e- r ) / r! P 0 = ( e- ) ; P 0 = ( e- ) ; P 0 = N sucesos pedestal/ Ntot sucesos; P 0 = N sucesos pedestal/ Ntot sucesos; Estimador : i=1,16 i Estimador : i=1,16 i Metodología: Un dispositivo que ilumina siempre los 16 canales con la misma cantidad de luz. Un dispositivo que ilumina siempre los 16 canales con la misma cantidad de luz. Tenemos 4 dispositivos de medida Tenemos 4 dispositivos de medida 4 análisis independientes


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