Detektorkalibrierung

Die MPP-Gruppe hat Algorithmen zur Ortskalibrierung der Silizium-Module der Pixel- und Streifendetektoren entwickelt, die auf den Spuren elektrisch geladener Teilchen im Detektor basieren. Die Ortskalibrierung beziehungsweise das Wissen über die genauen Positionen aller Module ist essentiell, um eine möglichst gute Rekonstruktion der Teilchenbahnen zu erhalten.

Im ersten Schritt des Kalibrationsverfahrens werden durch optische Vermessungen die Positionen der einzelnen Sensoren auf jedem Detektormodul bestimmt. Die erreichte Genauigkeit für die Position der Sensoren des Silizium-Streifendetektors liegt beispielsweise bei unter fünf Mikrometern. Ebenso wurde analysiert, wie die Module auf dem Rahmengerüst des Silizium-Streifendetektors im Vergleich zu ihrer Sollposition angebracht sind. Die Genauigkeit der Positionen der Endkappenmodule auf den Scheiben beträgt circa 25-50 Mikrometer senkrecht zur Strahlrichtung und circa 100 Mikrometer parallel zu dieser. Diese Genauigkeit ist aber noch unzureichend für die physikalischen Ziele von ATLAS.

Ausgehend von diesen externen Messungen der Positionen der Sensoren wurden deswegen in einem iterativen Verfahren die Sensorpositionen mit Hilfe von Teilchenbahnen im Detektor genauer vermessen. Die vom MPP entwickelte Methodeberuht auf einer χ2-Minimierung, mit der die sechs Freiheitsgrade jedes Modulsmöglichst genau festgelegt werden. Dazu benutzt man die Residuen, d.h. die Abstände zwischen dem extrapolierten Treffer und der aktuell angenommenen Positionen der Auslesestruktur (Pixel oder Streifen). Im Verfahren werden die Breiten der Residuenverteilungen minimiert. Dieser "Alignment"-Algorithmus wurde erfolgreich auf simulierte Ereignisse, auf Daten der kosmischen Höhenstrahlung, Teststrahldaten sowie ATLAS Proton-Proton-Kollisionsdaten
angewandt.

Das Verfahren wurde kontinuierlich optimiert, zum Beispiel durch die besondere Berücksichtigung der Regionen im Detektor wo zwei Module überlappen, da diese die Positionen der Sensoren besonders gut bestimmen, oder durch den Einbau der Zwangsbedingung eines gemeinsamen Ausgangspunkt der Spuren (Vertex) in den Algorithmus.

Nach erfolgreicher erstmaliger Kalibrierung des ATLAS-Siliziumdetektors wird diese Forschung zur Zeit nicht weiter verfolgt.