Περιγραφή του Ανιχνευτή Μιονίων του πειράματος ATLAS στο GeoModel για το Run4 και Μελέτες Απόδοσης του ανιχνευτή New Small Wheel με τα πρώτα δεδομένα του πειράματος ATLAS στο Run3
Creators: name: Μέριανος Σπυρίδων Στέφανου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Ανιχνευτής Μιονίων
Πείραμα ΑΤΛΑΣ
Ανάλυση Δεδομένων
Muon Detector
ATLAS experiment
Data Analysis

description: Τα τελευταία χρόνια, η προσομοίωση έχει γίνει κομμάτι ζωτικής σημασίας για την ανάθεση, το σχεδιασμό και την κατασκευή πειραμάτων Φυσικής Υψηλών Ενεργειών. Για τη σωστή υλοποίηση της ροής εργασιών προσομοιώσεων, απαιτείται ακριβής περιγραφή των ανιχνευτών. Η ανακατασκευή μετρήσεων, η απόκριση των ανιχνευτών, οι άμεσες τροποποιήσεις σε μη ευθυγραμμισμένες γεωμετρίες, οι οπτικοί έλεγχοι και απεικονίσεις, είναι κάποιες από τις εφαρμογές της προσομοίωσης ανιχνευτών. Στις τελευταίες δεκαετίες, έχει αναπτυχθεί μία πληθώρα λογισμικών που εκτελούν τέτοιες εργασίες, όπου η ανάλυση γεωμετρικών δεδομένων (όπως η θέση, τα υλικά και τα σχήματα) κομματιών του πειράματος είναι καίριας σημασίας. Ένα από αυτά τα λογισμικά είναι το GeoModel, ένα ελαφρύ και αυτόνομο εργαλείο για προγραμματιστές σχετικούς με την περιγραφή ανιχνευτών. Αποτελείται από πακέτα όπως το GeoModelXML και το FullSimLight, που βελτιώνουν και εντοπίζουν σφάλματα αποτελεσματικά, επικυρώνουν και οπτικοποιούν την ιεραρχική δομή ανιχνευτών με πολύπλοκες γεωμετρίες. Σε αυτή τη διατριβή, αξιοποιούμε το GeoModel για να περιγράψουμε κομμάτια του Μυονικού Φασματόμετρου (ΜΦ) του πειράματος ATLAS, με σκοπό την προετοιμασία του Run 4 του Μεγάλου Συγκρουστή Αδρονίων Υψηλής Φωτεινότητας. Συγκεκριμένα, υλοποιήσαμε τα κομμάτια των BIS σταθμών σε σχετικά πρότζεκτς και ανακαλύψαμε ασυμφωνίες μεταξύ της επίσημης βάσης δεδομένων και των αντίστοιχων σχεδίων. Προτείναμε κάποιες κατάλληλες διορθώσεις επί του θέματος. Επιπροσθέτως, εξηγήσαμε αναλυτικά κομμάτια της εφαρμογής GeoModelGeantino και την χρησιμοποιήσαμε σε παλιά αρχεία γεωμετριών του ΜΦ. Παράξαμε χάρτες geantino και κατανομές υλικών, που είναι πολύ σημαντικά μέρη στη μέτρηση ορμών σωματιδίων και αναμενόμενων ρυθμών ακτινοβολίας. Στοχεύουμε στην προετοιμασία ανάλογων εργασιών που περιλαμβάνουν αναβαθμίσεις ανιχνευτών κατά τo Run 4. Εκτός από τις προσομοιώσεις, κάθε είδους πείραμα πρέπει να περιέχει μελέτες για την απόδοση των ανιχνευτών. Στο τελευταίο κομμάτι της διατριβής, αναλύουμε πρόσφατα δεδομένα από συγκρούσεις σωματιδίων του Run 3, με σκοπό να αξιολογήσουμε την απόδοση του New Small Wheel (NSW). Είναι μία καινούρια συστοιχία ανιχνευτών και μέρος του ΜΦ, που βελτιώνει τις μετρήσεις μυονίων στο πείραμα του ATLAS. Ειδικότερα, η δουλειά μας είναι επικεντρωμένη σε μελέτες των θορυβοδών καναλιών των θαλάμων MicroMegas του NSW. Υπολογίζουμε την πληρότητα του κάθε καναλιού, κατανέμουμε αυτές τις τιμές και θέτουμε ένα κατώφλι πληρότητας για κάθε Run, βασιζόμενο σε αυτά τα αποτελέσματα. Με αυτό τον τρόπο, ξεχωρίζουμε λωρίδες που λειτουργούν σωστά από τις θορυβώδεις. Κατά τη διάρκεια αυτού του κομματιού της εργασίας μας, δείξαμε ποσοτικά μία συσχέτιση μεταξύ της μεγέθυνσης της μέσης φωτεινότητας και της αύξησης στη μέση πληρότητα των καναλιών, με σκοπό να εξηγήσουμε τις κατανομές πληρότητας. Τέλος, προσδιορίσαμε την εξέλιξη του θορύβου για κάθε τομέα του NSW της πλευράς C, όπου ανακαλύψαμε μία παρόμοια σύνδεση ανάμεσα στην φωτεινότητα και τη συμπεριφορά του πλήθους των θορυβοδών καναλιών
description: Over the years, simulation has become a vital part of the High Energy Physics (HEP) experiments commissioning, design and construction. For the correct implementation of the simulations' workflow, an accurate detector description is needed. Reconstruction of measurements, detector response, immediate modifications for geometry misalignments, visual inspections of the events and illustrations, are some of the applications where detector simulation is used. In the last decades, a variety of software were developed to execute such tasks, where the parsing of geometry data (position, material and shape) of parts of the experiments is crucial. One of these software is the GeoModel, a lightweight and standalone tool for detector description developers. It consists of packages like the GeoModelXML and FullSimLight, which ameliorate and effectively debug, validate and visualize the hierarchical detector structure of complex geometries. In this dissertation, we utilize the GeoModel toolkit to describe detector parts of the ATLAS Muon Spectrometer (MS) in preparation for Run 4 of the HL-LHC (High-Luminosity Large Hadron Collider). Specifically, we implemented the BIS station parts in related projects and discovered discrepancies among the official database and respective layouts. We proposed some necessary corrections on the matter. Additionally, we've explained, thoroughly, parts of the GeoModelGeantino application and applied it in past MS geometry files. We produced geantino maps and material distributions, that are essential for the particle momentum measurements and expected radiation rates. We aim to be prepared for analogous tasks that involve detector upgrades for Run 4. Apart from simulations, every type of physics experiment should entail detector performance studies. In the last part of the dissertation, we analyze early collision data of Run 3 in order to evaluate the performance of the New Small Wheel (NSW); a new detector assembly and part of the MS, that improves muon measurements in the ATLAS experiment. Particularly, our work is focused on the studies of the noisy channels of the NSW's MicroMegas chambers. We calculate the occupancy of each channel, distribute these values and set an occupancy threshold per Run based on these results. In this way, we differentiate correctly working from noisy strips. During this piece of work, we qualitatively showed a correlation between the growth of the mean online luminosity and the increase of the mean strip occupancy in order to explain the occupancy distributions. Lastly, we determined the noise evolution for each side C sector of the NSW, where we discovered a similar connection among the luminosity and the behavior of the number of noisy channels