Resultados y simulación de las pruebas en haz de los módulos de silicio del SCT de ATLAS José E. García José E. García, C. García, S. González, M. Vos.

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1 Resultados y simulación de las pruebas en haz de los módulos de silicio del SCT de ATLAS José E. García José E. García, C. García, S. González, M. Vos

2 oMódulos SCT  Funcionamiento y características oEstudio con un haz de 40 MHz oReconstrucción de las trazas con módulos SCT  Eficiencia y fake rate oSimulación del montaje de las pruebas en haz oConclusiones Resultados y simulación del SCT Centenario RSEF Madrid – 9 Julio Contenidos 2

3 Módulo Outer Módulo Inner Módulo Middle Barril Hacia delante  <1 1<  <2.59 R=30-52 cm R=26-56 cm 2112 módulos 1975 módulos 34.4 m 2 de Si 26.7 m 2 de Si RUEDA DE LA PARTE HACIA DELANTE ATLAS SCT 3 Resultados y simulación del SCT Centenario RSEF Madrid – 9 Julio ATLAS

4 Resultados y simulación del SCT Centenario RSEF Madrid – 9 Julio Módulos SCT 4 Componentes de un módulo 4 obleas de silicio con 768 p-in-n strips Espina de TPG (conductor de calor) con brazos (estabilidad mecánica) Circuito de lectura híbrido (flex circuit on carbon-carbon) Chips de lectura binaria (12 ACD3TA) Estructuras de conexión con el híbrido (fan- ins)

5 Un módulo esta compuesto por dos planos de detectores de silicio. El ángulo (40 mrad) entre ambos permite la reconstrucción del punto X-Y, como la intersección de los strips. Se usan cuatro geometrías distintas. En la parte barril los strips son paralelos al haz y radiales en la parte hacia delante. Resultados y simulación del SCT Centenario RSEF Madrid – 9 Julio Módulos SCT (II) 5

6 Particle Variación de la eficiencia de detección y el ruido con el umbral en el comparador. Las líneas son las especificaciones de ATLAS. En la lectura digital, la señal dejada por el paso de una partícula se compara con un umbral en la electrónica de lectura. Si la señal es superior se almacena un “1”. Resultados y simulación del SCT Centenario RSEF Madrid – 9 Julio Módulos SCT (III) 6

7 Resultados y simulación del SCT Centenario RSEF Madrid – 9 Julio Irradiación 7 Después de 10 anos, el SCT habrá recibido una dosis de radiación cercana a 3·10 14 n eq /cm 2. La radiación causa daño en los módulos. –Crea defectos en el silicio. Se pierde carga debido al atrapamiento de cargas. –Se produce una inversión de tipo el sustrato n  p (cambia la posición de la unión p-n) – Se necesita un voltaje mayor para desertizar el detector. – El campo dentro del silicio disminuye  portadores se vuelven mas lentos. – El ruido electrónico aumenta de  1500 e - antes de irradiar a  2000 e - después.

8 Caja negra hermetica Telescopios 180 GeV pion Beam Telescopios Trigger Centelleador Módulos en la caja de test del beam test. Resultados y simulación del SCT Centenario RSEF Madrid – 9 Julio Montaje 8

9 Las partículas llegan dentro de una ventana amplia de tiempo. El haz de LHC tendrá una frecuencia de 40 Mhz, paquetes de partículas cada 25 ns. Tiempo (cuentas) Rango TDC = 25 ns Eficiencia Tiempo (ciclos de reloj) Variación de la eficiencia cuando por un mismo canal (strip) pasan partículas con un tiempo entre ellas de unos pocos ciclos de reloj (25 ns). A partir de 50 ns la eficiencia no se ve afectada por el paso anterior de una partícula. Resultados y simulación del SCT Centenario RSEF Madrid – 9 Julio Haz tipo LHC 9

10 Resultados y simulación del SCT Setup Centenario RSEF Madrid – 9 Julio Reconstrucción de trazas 10

11 Para la reconstrucción de las trazas solo se ha utilizado la medida de la posición de los módulos de la SCT. El sistema de telescopios solamente se utilizo como comparación. Ejemplo de un suceso reconstruido. Ejemplo de una partícula que interacciona con el material. Módulos SCT Telescopio Se realizaron cortes para evitar eventos con dos trazas o con una interacción con el material del montaje. Solo se utilizaron sucesos con una traza perfectamente identificada por los telescopios. Resultados y simulación del SCT Centenario RSEF Madrid – 9 Julio Análisis 11

12 El análisis busca trazas en el suceso con un ajuste lineal. Después del corte en  2 las trazas candidato son comparadas con la traza reconstruida por el telescopio. Solo las trazas que están cercanas a la traza reconstruida por el telescopio se consideran eficientes. eficiencia Las trazas restantes se consideran como fakes. La eficiencia de reconstrucción depende del umbral. El máximo de eficiencia es 97 %. Se obtiene para un umbral de 1.2 fC y para una alimentación del detector de 450 V. La cantidad de trazas fake se mantiene por debajo de 10 -3 independientemente del voltaje de alimentación del detector. Resultados y simulación del SCT Centenario RSEF Madrid – 9 Julio Eficiencia y fake rate 12

13 Utilizando cuatro modulos, la cantidad de trazas fake disminuye siendo compatible con 0 para todos los voltajes de alimentacion y umbrales. Resultados y simulación del SCT Centenario RSEF Madrid – 9 Julio Otros resultados 13 Array de cuatro módulos SCT Array de tres módulos SCT

14 Resultados y simulación del SCT Centenario RSEF Madrid – 9 Julio Simulación 14

15 Para comparar con el montaje del test beam, se simularon 20K muones con P T = 500 GeV y   0. La situación es similar a la del test beam debido a la pequeña curvatura a estas energías. Parámetros del ajuste de hélices del test beam ATLAS. Ejemplos de las distribuciones se muestran abajo. Los resultados del test beam están en rojo y la simulación en blanco. TB Resultados y simulación del SCT Centenario RSEF Madrid – 9 Julio Comparación con los datos 15

16 Las resoluciones obtenidas en el test beam y con la simulación de la SCT son similares. Tenemos un ligero deterioro para 1 fC con respecto a 1.2 fC. Se dan también las resoluciones para el “Precision Tracker”, pixels + SCT. Resultados y simulación del SCT Centenario RSEF Madrid – 9 Julio Comparación... (II) 16

17 El test beam ha sido necesario para caracterizar los diferentes prototipos de la SCT. Se ha comprobado que es posible trabajar con un haz pulsado tipo LHC y que los módulos cumplen los requisitos exigidos. La reconstrucción de trazas con los datos del test beam es compatible con la simulación. Futuro: –El mismo estudio se ha realizado con campo magnético –Diferentes energías y momentos (P T ) se han usado, para comparar de forma mas completa con las simulaciones existentes. Resultados y simulación del SCT Centenario RSEF Madrid – 9 Julio Conclusiones 17

18 Resultados y simulación de las pruebas en haz de los módulos de silicio del SCT de ATLAS José E. García José E. García, C. García, S. González, M. Vos