Development and deployment of an Inner Detector Minimum Bias Trigger and analysis of minimum bias data of the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider
Creators: name: Kwee, Regina
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Year: 2012
Subjects: subject: Trigger
subject: ATLAS
subject: Large Hadron Collider
subject: LHC
subject: Minimum Bias
subject: Spurdetektor Minimum Bias Trigger
subject: MBTS
subject: Messung kinematischer Spektren und Multiplizitäten
subject: LHC-weiter Vergleich
subject: Inner Detector Minimum Bias Trigger
subject: Measurment of charged particle multiplicties and densities
subject: common plots
subject: LHC-wide comparison
subject: 530 Physik
subject: 29 Physik, Astronomie
subject: UO 5700

description: Weiche inelastische QCD Prozesse dominieren am LHC. Über 20 solcher Kollisionen werden innerhalb einer Strahlkreuzung bei ATLAS stattfinden, sobald der LHC die nominelle Luminosität von L = 1034 cm−2 s−1 und die Schwerpunktsenergie von p s = 14 TeV erreicht. Diese inelastischen Wechselwirkungen sind durch einen geringen Impulsübertrag gekennzeichnet, welche theoretisch lediglich durch phänomenologische Modelle angenähernd beschrieben werden können. Zu Beginn des Strahlbetriebs des LHC’s 2009 war die Luminosität relativ niedrig mit L = 1027 bis 1031 cm−2 s−1, was ein sehr gutes Szenario bot, um einzelne Proton-Proton Kollisionen zu selektieren und deren allgemeine Eigenschaften experimentell zu untersuchen. Zunächst wurde ein Minimum-Bias Trigger entwickelt, um Daten mit ATLAS aufzunehmen. Dieser Trigger, mbSpTrk, verarbeitet Signale der Silizium-Spurdetektoren und verwirft effizient Ereignisse ohne eine Proton-Wechselwirkung, wobei zugleich eine mögliche Verschiebung zu bestimmten Ereignistypen hin minimier wird. Um einen flexiblen Einsatz des Triggers zu gewährleisten, wurde er mit einer Sequenz ausgestattet, welche effizient Machinenuntergrund unterdrückt. Im zweiten Teil der Arbeit wurden geladenen Teilchenmultiplizitäten im zentralen Bereich in zwei kinematisch definierten Phasenräumen gemessen. Mindestens ein geladenes Teilchen mit einer Pseudorapidität kleiner als 0.8 und einem Transversalimpuls von pT &gt; 0.5 bzw. 1 GeV musste vorhanden sein. Vier typische Minimum-Bias Verteilungen wurden bei zwei Schwerpunktsenergien von p s = 0.9 und 7 TeV gemessen. Die Ergebnisse sind derart präsentiert, dass sie nur minimal von Monte Carlo Modellen abhängen. Die vorgestellten Messungen stellen zudem den Beitrag der ATLAS Kollaboration dar für die erste, LHC-weit durchgeführte Analyse, der auch die CMS und ALICE Kollaborationen zustimmten. Ein Vergleich konnte mit den Pseudorapiditätsverteilungen angestellt werden.
description: Soft inelastic QCD processes are the dominant proton-proton interaction type at the LHC. More than 20 of such collisions pile up within a single bunch-crossing at ATLAS, when the LHC is operated at design luminosity of L = 1034 cm−2 s−1 colliding proton bunches with an energy of p s = 14 TeV. Inelastic interactions are characterised by a small transverse momemtum transfer and can only be approximated by phenomenological models that need experimental data as input. The initial phase of LHC beam operation in 2009, with luminosites ranging from L = 1027 to 1031 cm−2 s−1, offered an ideal period to select single proton-proton interactions and study general aspects of their properties. As first part of this thesis, a Minimum Bias trigger was developed and used for data-taking in ATLAS. This trigger, mbSpTrk, processes signals of the silicon tracking detectors of ATLAS and was designed to fulfill efficiently reject empty events, while possible biases in the selection of proton-proton collisions is reduced to a minimum. The trigger is flexible enough to cope also with changing background conditions allowing to retain low-pT events while machine background is highly suppressed. As second part, measurements of inelastic charged particles were performed in two phase-space regions. Centrally produced charged particles were considered with a pseudorapidity smaller than 0.8 and a transverse momentum of pT &gt; 0.5 or 1 GeV. Four characteristic distributions were measured at two centre-of-mass energies of p s = 0.9 and 7 TeV. The results are presented with minimal model dependency to compare them to predictions of different Monte Carlo models for soft particle production. This analysis represents also the ATLAS contribution for the first common LHC analysis to which the ATLAS, CMS and ALICE collaborations agreed. The pseudorapidity distributions for both energies and phase-space regions are compared to the respective results of ALICE and CMS.