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
1
OBJETIVOS CIENTÍFICOS AMS:
 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

Medidas múltiples e independientes
son requeridas:
Medidas |Z| con: Tracker, RICH, TOF.
Momento y Signo de carga Z medido en
tracker (8 puntos).
Velocidad b medida en TOF, RICH.
Separación Hadrón/electrón en TRD, ECAL
2
EL RICH DE AMS-02
Objetivo: Medida de la velocidad b con una
precisión ~0.1%/Z y de la carga hasta Z=26
cos  
1
b n ( )
RICH (Ring Imaging Cherenkov)
Radiador: aerogel de sílice (n=1.05) y NaF
(n=1.334).
60 cm
Plano de detección: conjunto de 680
fotomultiplicadores Hamamatsu R7600-00-M16
(4x4 píxeles/canales).
Reflector: capa reflectiva de 100 nm de
aluminio y 300 nm de SiO2. Reflectividad del
85% a =420 nm
46.8 cm
67 cm
Nexp (Z=1)
Cálculo de Z
sstat
ssys
 sstat
 s sys: ~1%-2%.
Contribuyen distintas incertidumbres
 Medimos Eficiencias
 Calibramos/ monitorizamos Ganancias
4
MEDIDA DE LAS EFICIENCIAS
RELATIVAS DE LOS
FOTOMULTIPLICADORES DEL
RICH DE AMS-02
5
Objetivo Principal:
 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.
Procedimiento:
Iluminamos con la misma cantidad de luz a todos los PMT
y calculamos la luz detectada por los PMT
6
HV
Fuente de
alto
voltaje
REJILLA_
G
7
Obtención de la Eficiencia:

Rango de fotón único.

Cálculo del número medio de
fotoelectrones por canal.
8
Cálculo de la Eficiencia
Obtención del número medio de fotoelectrones ( m )
Estadística de Poisson:
Pr = ( e-m mr ) / r!
P0 = ( e-m ) ;
P0= N sucesos pedestal/ Ntot sucesos;
Estimador: Si=1,16 mi
Metodología:
Cuatro dispositivos que iluminan siempre
los 16 canales con la misma cantidad de luz.
9
Repetibilidad de la medida de la luz
proporcionada por cada dispositivo. Es capaz
de repetir la medida mejor que el 2%.
< 1%
Estabilidad
Temporal
Dispersión del
número medio de
fotoelectrones en
diferentes momentos
Repetibilidad
Eficiencias Relativas
RMS:5.8%
10
Eficiencias Relativas de Detección
para el plano de detección del RICH
 Plano de detección es uniforme dentro del 5-6 %
 Las medidas han sido incorporadas a la base de datos.
11
MONITORIZACIÓN DE LAS
GANANCIAS DE LOS
FOTOMULTIPLICADORES DEL
RICH DE AMS-02
12
MOTIVACIÓN
Plano de detección
Detección de los anillos
Cherenkov
Fotomultiplicadores
Variación de la
ganancia
Factores ambientales: variación
de la temperatura (entre -20 ºC y
+30 ºC => -0.4%/ ºC en ganancia
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
Reconstrucción de la
velocidad y de la carga
Vibración despegue: puede
afectar a la geometría dínodos.
Largo plazo: envejecimiento
fotomultiplicadores.
Se necesita desarrollar un sistema de
monitorización y calibración utilizando los
sucesos registrados
13
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.
C arg a 
A D C  P ed
G an an cia
85%
Media = 1
Anchura = 0.03 (precisión en la
determinación de la ganancia)
14
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.
Ganancias reajustadas (1ª aproxima.)
Media = 1
Sesgo  10%
Anchura = 0.064
ΔGanancia
 20%
Ganancia
Carga media ≡ Factor de corrección
Gan. reajus. = Factor de correción x Gan. nominal
15
CALIBRACIÓN (método iterativo)
GANANCIA
NOMINAL
CRITERIOS DE
SELECCIÓN
 Sesgo tiende a 0
FACTOR DE
CORRECCIÓN
NO
GANANCIA CORREGIDA
CRITERIO DE
CONVERGENCIA
SÍ
GANANCIA
REAJUSTADA
 Precisión: 2.3 veces peor en 1
órbita (amplificación estadística).
16
MÉTODO ITERATIVO (3 órbitas)
s esta
2
st 
t
 s sist
2
 sesta: error estadístico
 ssist: error sistemático del algoritmo
 La precisión sigue un comportamiento
puramente estadístico (3.8% para 270min)
 El error sistemático es consistente con 0
Se necesita acumular estadística
durante 5 órbitas para recuperar la
precisión inicial.
PROCEDIMIENTO GENERAL DE
GALIBRACIÓN
M o n ito riza c ió n g a n a n c ia s
c a d a ó rb ita
No se aplica la calibración
NO
V a ria c ió n G > 3 %
SÍ
M a rc a r c a n a l
Sí se aplica la calibración
CONCLUSIONES
19
Medida de las eficiencias relativas

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.

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%.
20
Monitorización de las ganancias


Se ha desarrollado un método de monitorización y
calibración de las ganancias de los fotomultiplicadores utilizando los sucesos registrados.
El algoritmo propuesto proporciona una determinación 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 acumulada 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.
21
OTRAS
DIAPOSITIVAS
22
Detección de 
Conversión  :
Detección de
pares e+e- en el
Tracker
Calorimetro :
Diploma Estudios
Avanzados
Cristina De La Guía, CIEMAT
23
TRD (Detector radiación
de transición )
Separación e± de p < 10-210-3 en 10-300 GeV
ToF (Tiempo de Vuelo)
1º y 2º plano
Velocidad v, dE/dX, fast
trigger
Imán
Superconductor
( 0.86 T)
Tracker de Silicio
8 x-y planos con resolución
10/30mm, dE/dX
determinación de P y carga
RICH (Ring Imaging
Cerenkov Counter)
Precisión en medida bseparación isótopos, Z
Peso Total: ~ 6 tons; Poder Consumición: ~2 kW.
Star
Tracker
Mide orientación
de AMS en
espacio
ACC
veta partículas
que entran de
abajo a arriba
ToF
3º y 4 º
plano
ECAL
(Calorímetro
Electromagnético)
Separación e± de p
< 10-3-10-4
24
Características:
Mínima cantidad de materia que atraviese hasta ECAL
 Larga duración (3 años). Aceptancia de 0.5 m2 sr. Alta
estadística
Medida velocidad b/b = 0.1 % distinguir: 9Be,10Be, 3He,4He
isótopos.
Rigidez R= pc/|Z|e (GV) de 0.5 TV y
Factor de Identificación Antihelio/Helio 10-10
Medidas múltiples e independientes son requeridas:
Medidas |Z| con: Tracker, RICH, TOF.
Signo de carga Z medido en tracker (8 puntos).
Velocidad b medida en TOF, RICH.
Separación Hadrón/electrón en TRD, ECAL
Diploma Estudios
Avanzados
Cristina De La Guía, CIEMAT
25
Diseño:
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
Diploma Estudios
Avanzados
Cristina De La Guía, CIEMAT
26
ESTIMACIÓN DE LA INCERTIDUMBRE PMT A PMT
Fabricante (Hamamatsu) nos da
valores eficiencia cuántica
con una dispersión:
s
PM=
7.8%
Existen otros factores que influyen
en la eficiencia de detección:
Nesp=7
sstat=0.21
sPM= 7%
Eficiencia guías ópticas
Contacto óptico
 Es necesario medir la
eficiencia de detección
PMT a PMT.
Necesitamos:
Zmax=19
sPM<5%27
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%
28
Cálculo de Z
sStat
sSys
 sspe : resolución del PMT, para detectar
un sólo fotoelectrón; es ~50%.
s
NEXP :
incertidumbre sistemática que afecta a todo el
anillo detectado; es ~1%-2%.
 Incertidumbres a nivel del canal: sCH; es < 10%
Calibración ganancias
 Incertidumbres a nivel del PMT: sPM
Eficiencias
Medida
29
Obtención de los Estimadores:

Rango de fotón único.

Cálculo del número medio de
fotoelectrones por canal.
30
Cálculo de los Estimadores
Obtención del número medio de fotoelectrones ( m )
Estadística de Poisson:
Pr = ( e-m mr ) / r!
P0 = ( e-m ) ;
P0= N sucesos pedestal/ Ntot sucesos;
Estimador: Si=1,16 mi
Metodología:
Un dispositivo que ilumina siempre los 16
canales con la misma cantidad de luz.
Tenemos 4 dispositivos de medida
4
análisis independientes
31
Descargar

Medida de las Eficiencias Relativas y Monitorización