Study of the operation of MicroMegas detector in electron test beam
Creators: name: Ασημινάρη, Γαβριέλα Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: τροχιές ηλεκτρονίων
ATLAS
Micromegas
electron test beams

description: Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η μελέτη της απόδοσης των ανιχνευτών Micromegas όταν διέρχονται από αυτούς δέσμες ηλεκτρονίων με ενέργειες από 1GeV έως 6GeV, οι οποίες προήλθαν από το DESY τον Ιούνιο του 2013. Για τον λόγο αυτό αναπτύχθηκαν αλγόριθμοι για την μελέτη της διακριτικής ικανότητας των ανιχνευτών τόσο για κάθετες όσο και για πλάγιες τροχιές των ηλεκτρονίων. Ο μεγάλος αδρονικός επιταχυντής LHC θα αναβαθμιστεί με σκοπό να αυξηθεί η φωτεινότητα του. Για τον σκοπό αυτό θα πρέπει να γίνει αναβάθμιση των ανιχνευτών του LHC για να ανταπεξέλθουν στην υψηλότερη ροή σωματιδίων. Επομένως, θα πραγματοποιηθεί αναβάθμιση του ανιχνευτή ATLAS. Οι ανιχνευτές Micromegas μαζί με τους ανιχνευτές sTGC θα εγκατασταθούν στο New Small Wheel (NSW) που θα αποτελέσει εσωτερικό τμήμα του μιονικού φασματόμετρου του ανιχνευτή ATLAS. Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζονται μερικές εισαγωγικές γνώσεις για τον μεγάλο αδρονικό επιταχυντή LHC καθώς και τα βασικά χαρακτηριστικά του ανιχνευτή ATLAS. Στο Κεφάλαιο 2 αναφέρονται οι τρεις φάσεις αναβάθμισης του LHC και του ATLAS. Στο κεφάλαιο 3 αναλύεται η αναβάθμιση του φασματόμετρου μιονίων του ATLAS στην πρώτη φάση αναβάθμισης του LHC (2018). Πιο συγκεκριμένα, περιγράφεται η αντικατάσταση του Small Wheel (SW) με τον New Small Wheel (NSW) στο φασματόμετρο μιονίων και εξηγούνται ποια είναι τα οφέλη αυτής της αντικατάστασης. Στο κεφάλαιο 4, δίνεται μεγαλύτερη έμφαση στους ανιχνευτές Micromegas που αποτελούν τμήμα του ΝSW και περιγράφεται η αρχή λειτουργίας τους καθώς και η αποδοτικότητα τους. Στο κεφάλαιο 5, περιγράφεται η ανάλυση που πραγματοποιήθηκε για να μελετηθεί η απόδοση των Micromegas όταν διέρχονται δέσμες ηλεκτρονίων. Η ανάλυση αυτή αφορά τόσο κάθετες τροχιές ηλεκτρονίων όσο και πλάγιες ως προς τους ανιχνευτές με ενέργειες από 1GeV έως 6GeV. Η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε αποτελείται από 8 Micromegas ανιχνευτές οι οποίοι είναι διατεταγμένοι ανά δύο back to back. Για την μελέτη την διακριτικής ικανότητας των Micromegas στην περίπτωση των κάθετων τροχιών χρησιμοποιείται η μέθοδος των κεντρικών διαφορών. Υπολογίζεται η αρνητική συνεισφορά του φαινομένου της πολλαπλής σκέδασης στη διακριτική ικανότητα και με την χρήση αλγορίθμων πραγματοποιούνται διορθώσεις. Στην περίπτωση των πλάγιων τροχιών εφαρμόζεται η μέθοδος μTPC. Προτείνονται αλγόριθμοι οι οποίοι ευθυγραμμίζουν τους ανιχνευτές στρέφοντας τους, βελτιώνοντας έτσι την διακριτική τους ικανότητα. Με την χρήση αυτών των αλγορίθμων η διακριτική ικανότητα στην περίπτωση των κάθετων τροχιών προσέγγισε τα 60μm ενώ στην περίπτωση των πλάγιων τροχιών επιτεύχθηκε σημαντική βελτίωση της και υπολογίστηκε η πραγματική στροφή των ανιχνευτών Micromegas.
description: The purpose of this thesis is the study of the performance of the Micromegas detectors using electron test beams with energies from 1GeV to 6GeV, with data acquired from DESY in June 2013. Algorithms have been developed in order to study the resolution of the Micromegas detectors for both perpendicular and inclined electron tracks. The Large Hadron Collider (LHC) is to be upgraded in order to further increase its luminosity. For this purpose, the detectors of the LHC will require an upgrade too in order to cope with the higher collision rate. Consequently, many inner parts of ATLAS are expected to be upgraded. New Small Wheel (NSW) is a new muon detector which is intended to replace the inner-most end-cap muon system. Micromegas detectors and Thin Gap Chambers are new technologies that will be used at the NSW. In chapter 1, the Large Hadron Collider LHC and the basic components of its detector ATLAS are presented. In chapter 2, the three phases of the LHC and ATLAS upgrade are summarised. In chapter 3, the upgrade of the muon spectrometer of ATLAS at Phase-I upgrade of the LHC is described. More specifically, the replacement of Small Wheel (SW) with the New Small Wheel (NSW) at muon spectrometer and its benefits are outlined. In chapter 4, the operating system and the performance of Micromegas detectors which are part of the NSW are explained. In chapter 5, the analysis that was performed in order to study the performance of Micromegas detectors when electron beam crossed them is described. The analysis refers to both perpendicular and inclined electron tracks with energies from 1GeV to 6GeV. The Micromegas setup consists of 8 Micromegas detectors arranged back to back in 4 doublets. In order to examine the spatial resolution for perpendicular tracks, Centroid Differences Method is applied. Negative contribution of the multiple scattering effect in spatial resolution is estimated and corrections through the using algorithms are suggested. As a result, spatial resolution reached 60μm for high energies. For inclined tracks the μTPC method is implemented. Algorithms are suggested which rotate the chambers, in order to be referred in a common coordinate system, improving their spatial resolution. Finally, the real rotation angle of the Micromegas chambers has been calculated.