Magnetic Test Analysis


Lorentz angle

内部飛跡検出器は磁場中に置かれているためシリコン検出器内で生じた電子正孔対は磁場による影響を受け、電荷収集位置が本来の位置からある角度(=ローレンツ角)を持ってシフトする。電子正孔対はシリコン結晶中で散乱されながら進むため、一定速度とみなすことができそのためシフトの角度は常に一定である。


lorentz_angle.png


ローレンツ角を\phi_{L}、収集位置のずれを\Delta x、空乏層の厚みをdとすると、

\[\tan{\phi_{L}}=\frac{\Delta x}{d}\]

としてローレンツ角を定義できる。

クラスターサイズとローレンツ角

磁場がない場合は垂直入射の時のクラスターサイズが最小になるが、磁場がある場合 は収集方向がローレンツ角分シフトするため垂直入射では最小にならない。磁場がある場合に於いてはローレンツ角と等しい入射角の場合、収集方向が飛跡と一致し真っ直ぐ電極 にドリフトすることができるので、この場合が最小クラスターサイズとなる。よって、クラスターサイズと入射角の関係をプロットし、そのプロットにおける最小となる角度がローレンツ角であると見なせる。

cluster.png

Setup and Geometory

本実験では4chipピクセル検出器3枚(Ni/In品)とプラスチックシンチレータとMPPCを用いたトリガーモジュールを用いた。
これらを低温センターの1.6Tソレノイド中に遮光して設置した。宇宙線ミュー粒子がこの検出器系に入射すると、ピクセルとトリガーモジュールに信号を残す。
トリガーモジュールに入った信号はFPGA内で処理され、確実にミューオンと判定され場合ピクセルのヒット位置がraw data(~.raw)に書き込まれる仕組みになっている。

tuningは2400e_7ToT_10keで行った。

setup.png setup2.png

ピクセルの向きは磁力線の方向とピクセルのcolumn方向が一致しており、天頂方向をz軸にとる。ローレンツ角は磁場に垂直な方向に寄与するので、ここではy軸(Row)方向にローレンツ角の影響が見られる。そのため、Trackを引いて入射角を求める際はyz平面に射影した角度を見る。

Raw data

Data format

データ収集を行うSTcontrolはrawファイル中にヒット情報を記録する。rawファイルに記入されている要素は以下のとおりである。

  • CHANNEL  
    RJ0~RJ3に対応する。(4chipの場合はそれぞれのチップに対応したchannel別にデータが書き込まれる)
  • TD  
    Trigger番号が記録される。 (最後の数値が何番目のTriggerかを示す) 
  • DH  
    データヘッダの記録。 Triggerが来ると16回DHが発行され指定時間内(16回の中)でピクセルに反応があった場合、DRが記録される。
  • DR  
    Hit情報の記録。データの意味は順番に、Colum|Raw|ToT1|ToT2
※STcontrolにはデータの最後になぜか同じチャンネルを2回書き込むバグがあるのでchannel数 -1でbreakさせた。

Pixel Geometory

columnとrowの値はそれぞれチップごとで与えられており、4chipの場合は以下の様にシフトさせる必要がある。


column=column-1
row= row-1 (座標は1から始まっているので0からに直す)

  • channel=3
    column=column
    row=335-row
  • channel=2
    column=80+column
    row=335-row
  • channel=1
    column=79+column
    column=80+column
    row=336+row
  • channel=0
    column=79-column
    row=336+row


4ccg2.png

Analysis

Data reading

  1. データの読み込み
  2. Hit情報とTrigger番号を関連付ける
  3. 4CCの座標に修正

Clustering

  1. Hit情報を参照
  2. 同じTrigger番号をもち、かつ隣り合っているイベントを探す
  3. 重心とToTの和、クラスターサイズを記録

Residual

  1. 上下のピクセル検出器のデータからイベント番号が同じイベントを探す
  2. column,rowから粒子の軌跡を直線近似して、真ん中の検出器におけるhit位置を予想する
  3. 予想値と実際のHit情報の差をとり、これをresidualとする(col,row別々に計算しhistogramにplotする)

    ※これは磁場なしのデータを用いて行う

Alignment

  1. residual分布のピーク位置を求める
  2. 真ん中の検出器の全てのHit位置からresidualのピーク値を引き、Alignmentを行う

Tracking

  1. Alignment後のデータからTrigger番号を参照して同一イベント内のHit情報から3層でのTrackを引く
  2. それぞれの層に対する入射角を求め、その層におけるClustersizeの情報を記録する

Fitting

Result

test

Download

Magnet test 2のrawデータ  http://atlaspc5.kek.jp/silicon/MagneticTest/ + ファイル名

(あとでリスト化します)

-- Junki Suzuki - 2016-04-03

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