Data quality assurance of the ATLAS muon spectrometer and monitoring with cosmic data:
Creators: name: Κούσκουρα, Βασιλική Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Πείραμα ATLAS
Μιονικό φασματόμετρο
Ανακατασκευή μιονικών τροχιών
Διασφάλιση ποιότητας δεδομένων
Δεδομένα κοσμικής ακτινοβολίας
ATLAS experiment
Muon spectrometer
Muon and segment reconstruction
MDT and RPC chambers
Data quality assurance
Monitoring

description: Ο LHC στο CERN αποτελεί ένα πείραμα σχεδιασμένο να προσφέρει ενέργεια 14 TeV στο κέντρο μάζας. Η εξαιρετική του φωτεινότητα και ο ρυθμός παραγόμενων γεγονότων είναι αποτέλεσμα σπουδαίων τεχνολογικών επιτευγμάτων. Μία σύντομη εισαγωγή για τον LHC γίνεται στο Κεφάλαιο 2 της διπλωματικής αυτής εργασίας. Στο ίδιο Κεφάλαιο παρατίθενται τα βασικά χαρακτηριστικά του πειράματος ATLAS, ενός από τα βασικά πειράματα που είναι εγκατεστημένα στον δακτύλιο του LHC. Περιγράφονται δηλαδή τα διάφορα υποσυστήματα του ανιχνευτή, δίνοντας κάποια βασικά τους χαρακτηστικά. Επίσης στο Κεφἀλαιο 2 γίνεται αναφορά στο σύστημα σκανδαλισμού του πειράματος καθώς το μεγέθος των δεδομένων που παράγονται είναι τεράστιο. Έτσι ακολουθείται μία διαδικασία κατά την οποία επιλέγονται δεδομένα που είναι κατάλληλα για περαιτέρω χρήση. Η διαχείρηση τεράστιου όγκου δεδομένων απαιτεί ιδιαίτερες υπολογιστικές τεχνολογίες, όπως το Grid. Ο ανιχνευτής ATLAS αποτελείται από τα συνηθισμένα υποσυστήματα που αποτελούν συνήθως τα πειράματα Φυσικής Υψηλών Ενεργειών, δηλαδή τον Εσωτερικό Ανιχνευτή, το Ηλεκτρομαγνητικό και το Αδρονικό Καλορίμετρο και το Μιονικό Φασματόμετρο. Το Μιονικό Φασματόμετρο περιγράφεται με περισσότερη λεπτομέρεια στο Κεφάλαιο 3. Το Φασματόμετρο του ATLAS συνδυάζει ένα μαγνητικό σύστημα καθώς και θαλάμους διαφορετικής τεχνολογίας, όπως θαλάμους σκανδαλισμού και θαλάμους προσδιορισμού της θέσης των σωματιδίων. Πιο συγκεκριμένα περιγράφονται οι θάλαμοι MDT, οι οποίοι αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος του Φασματομέτρου και η κατανόηση της λειτουργίας τους παίζει σημαντικό ρόλο στην κατανόηση της ανακατασκευής των μιονικών τροχιών. Το μαγνητικό σύστημα, ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του Μιονικού Φασματομέτρου του ανιχνευτή ATLAS, προσφέρει την δυνατότητα της αυτόνομης ανακατασκευής των μιονικών τροχιών. Η ανακατασκευή των μιονικών τροχιών είναι μία διαδικασία που απαιτεί την πληροφορία από όλους τους θαλάμους που είναι εγκατεστημένοι στο Μιονικό Φασματόμετρο. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται οι βασικές αρχές της ανακατασκευής των μιονικών τροχιών και τα βήματα που ακολουθούνται. Επιπλέον στο Κεφάλαιο αυτό δίνονται επιγραμματικά οι βασικοί αλγόριθμοι ανακατακασκευής των μιονικών τροχιών και οι διαφορετικές στρατηγικές που ακολουθούνται. Εξάλλου, η ανακατασκευή των μιονικών τροχιών δεν γίνεται μόνο στο Μιονικό Φασματόμετρο αλλά χρησιμοποιώντας πληροφορία και από τα υπόλοιπα συστήματά του. Ένα απαραίτητο κομμάτι όλων των πειραμάτων Φυσικής Υψηλών Ενεργειών είναι η διασφάλιση της ποιότητάς τους. Τόσο η διαδικασία της λήψης των δεδομένων όσο και τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται για περαιτέρω ανάλυση πρέπει να ελέγχονται. Η διασφάλιση της ποιότητας των δεδομένων στο πείραμα ATLAS πραγματοποιείται με δεδομένα κοσμικής ακτινοβολίας. Για τον σκοπό αυτό έχει αναπτυχθεί ένα συγκεκριμένο πρόγραμμα που είναι υπεύθυνο για τη διασφάλιση των δεδομένων, το λεγόμενο Muon DQA. Βασικά χαρακτηριστικά του Muon DQA παρουσιάζονται στο Κεφάλαιο 7. Πιο συγκεκριμένα, η διπλωματική αυτή εργασία επικεντρώνεται σε ένα συγκεκριμένο βήμα της ανακατασκευής των μιονικών τροχιών, που είναι η ανακατασκευή ευθύγραμμων τμημάτων (segment) μέσα στους θαλάμους MDT. Στη συνέχεια τα ευθύγραμμα αυτά τμήματα χρησιμοποιούνται για την κατασκευή της τροχιάς. Το Κεφάλαιο 9 περιγράφει την ανακατασκευή των ευθύγραμμων αυτών τμημάτων από τους δύο διαφορετικούς αλγορίθμους αλλά και τις βασικές ποσότητες που ελέγχονται σε σχέση με την ανακατασκευή των τμημάτων segment. Πέραν της επίσημης διαδικασίας που ακολουθείται για την διασφάλιση των δεδομένων στο πείραμα ATLAS, στο Κεφάλαιο 5 περιγράφεται μία ξεχωριστή ανάλυση που έγινε για να συγκριθούν οι δύο αλγόριθμοι ανακατασκευής τροχιών. Εκτός από τις ποσότητες που έχουν σχέση με την ανακατασκευή των segment μελετώνται και ποσότητες που έχουν να κάνουν με τις ίδιες τις τροχιές. Αξίζει να αναφερθεί ότι στην εργασία αυτή αναφέρονται τα χαρακτηριστικά του υπολογιστικού μοντέλου που έχει υιοθετηθεί από το πείραμα ATLAS καθώς και το προγραμματιστικό του πλαίσιο.
description: The Large Hadron Collider at CERN is a machine designed in a manner that offers a great discovery potential at the center-of-mass energy of 14TeV. LHC's exceptional luminosity and event rate that it is designed to provide is a result of unique technological achievements. A short introduction about the LHC is done in Chapter 2 of this thesis. Additionally, in the same Chapter a piece of information about the ATLAS experiment is given. ATLAS is a general purpose experiment at the LHC ring that is meant to exploit its great discovery potential. The amount of data that will be generated from the experiments at the LHC will be huge. A specific trigger system has been developed to perform data selection. In order to deal with the data and analyse them, remarkable computing technologies have been adopted, such as Grid. ATLAS is a detector that consists of the usual sub-detectors that are used in High Energy Physics experiments, such as Inner Detector, Electromagnetic and Hadronic Calorimeters and Muon Spectrometer. The Muon Spectrometer is described in Chapter 3. It comprises a magnetic system as well as trigger and precision chambers of different technologies. An elaborated description of one of these technologies, Monitored Drift Tube Chambers, is given in this Chapter since they constitute the larger part of the Spectrometer and their operation plays significant role in the muon track reconstruction. The magnetic system, a special characteristic of ATLAS Muon Spectrometer, offers the so-called stand-alone muon reconstruction for ATLAS. This procedure involves the combination of information found in the different chambers that are installed in the Spectrometer. Chapter 4 presents the main principles and the steps that are followed during muon reconstruction. In addition, in the same Chapter there is an overview of the algorithms that are used for the reconstruction showing the different strategies that are followed. Besides, muon reconstruction is not only performed using information from the Spectrometer but from the rest parts of the detector as well. A necessary part of every High Energy Physics experiment is the data quality assurance. The data acquisition process and the data that are stored for further analysis have to be monitored in order to assess their quality. Data quality assurance has been carried out in ATLAS with long commissioning cosmic data taking. A specific project, Muon DQA, has been developed in ATLAS in order to fulfill these needs regarding muon reconstruction process. A simple presentation of Muon DQA is performed in Chapter 7. More precisely, this thesis is concentrated in monitoring a particular step of muon reconstruction chain that is the segment reconstruction, one stage before the whole track reconstruction. Thus, Chapter 9 gives a detailed description of how segment reconstruction is performed by the two different algorithms and what are the main quantities that are monitored regarding segment reconstruction. However, a detached analysis of cosmic data has been performed in order to compare the two independent reconstruction algorithms that are used in ATLAS. This is an analysis that has been done studying some track parameters as well as some quantities regarding the segments. This analysis is shown in Chapter 5. Besides these, in this thesis in Chapter 6, the ATLAS computing model and the adopted programming framework is described. Data analysis that is done using ATLAS software is quite challenging. It requires great understanding of the complicated computing procedures as well as the layout and performance of ATLAS detector.