A toy Monte Carlo for the study of the position and anglular track resolution of MicroMegas chambers
Creators: name: Πολυδωράκη, Αικατερίνη Αναστασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Προσομοίωση
Ανιχνευτής αερίου γεμίσματος
Δοκιμαστική δέσμη σωματιδίων
Toy Monte Carlo
ATLAS
Micromegas detector

description: In this thesis we present a toy monte carlo programme for the description of the operation of a MicroMegas detector, and for the description of a test-beam setup of such detectors.The response to the passage of a charged particle through the gas volume of the detector is simulated with the following steps: a) a number of electron-ion pairs are created along the path of the passing particle; b) the electrons are drifted in the electric field towards a plane of electrodes in the form of strips; c) the propagation of the electrons towards the strips is implemented from a first-principle diffusion model and thus the drifted electrons hit a cluster of strips at the end of their drift traveland ,d) the charge assigned to each strip is proportional to the number of electronswhich arrived at this strip.Then, the cluster centroid is calculated from the weighted average of strip positions, where each strip participates with a weight equal to the fraction of the total charge in the cluster seen by this strip. The charge distribution among the strips is calculated as the weighted rms of the strip positions around the cluster centroid. The cluster centroid is assigned an uncertainty equal to the cluster rms over the square root of the total cluster charge. The sigma of the gaussian diffusion model is scaled up to match the cluster width (rms) seen in data, for perpendicular tracks. Thus, the average cluster rms and the average strip multiplicity is reproduced by the toy monte carlo. The uncertainty of the cluster centroid indicates the resolution on position measurement provided by the chamber. Parameters of the model are defined as constants (e.g., the strip pitch, the drift gap ,the scale factor, the incidence angle ,etc)Then, a test-beam setup is described in the toy monte carlo; eight chambers in four back-to-back pairs. The Toy MC provides a cluster in each of the eight chambers. The position resolution of the chambers is verified by comparing the cluster centroids measured by similar chambers for perpendicular tracks.The position of the track's passage from the mid point of two back-to-back chambers is calculated as the average of the two respective cluster centroids ,and it is named a “super-point”. Thus four superpoints are formed and can be use to define the track of the particle. Therefore, a track made by the two external super-points is used to calculate the residual of the cluster position of the inner super-points. The rms of these residuals is also used to verify the position resolution of the chambers. The mean value of these residuals can also be used for the spatial alignment of the chambers. Due to the fact the rms of a cluster increases with the incidence angle θ, the incidence angle of a track in each chamber is estimated by looking at the cluster width. The rms of the observed clusters is also used to calculate the relative rotation of the chambers.
description: Στην παρούσα εργασία παρουσιάζουμε ένα πρόγραμμα toy monte carlo για την περιγραφή της λειτουργίας ενός ανιχνευτή MicroMegas καθώς και μιας διάταξης ανιχνευτών Micromegas με δοκιμαστική δέσμη σωματιδίων. Η απόκριση στο πέρασμα ενός φορτισμένου σωματιδίου από το αερίου γέμισμα του ανιχνευτή προσομοιώνεται με τα ακόλουθα στάδια: α) δημιουργείται ένας αριθμός ζευγών ηλεκτρονίων-ιόντων κατά μήκος της διαδρομής του διερχόμενου σωματιδίου.β) τα ηλεκτρόνια υπό την επίδραση του ηλεκτρικό πεδίου ολισθαίνουν προς ένα επίπεδο ηλεκτροδίων που έχουν μορφή λωρίδων, γ) η διάχυση των ηλεκτρονίων στις λωρίδες περιγράφεται από ένα μοντέλο βασικών αρχών διάχυσης και έτσι τα ηλεκτρόνια αφού έχουν υποστεί ολίσθηση αφήνουν σήμα σε μία συστάδα λωρίδων στο τέλος της διαδρομής τους και δ) το φορτίο που αντιστοιχεί σε κάθε λωρίδα είναι ανάλογο του αριθμού των ηλεκτρονίων που έφτασε σε αυτή τη λωρίδα. Στη συνέχεια, το κέντρο της συστάδας των λωρίδων υπολογίζεται από το σταθμισμένο μέσο όρο των θέσεων των λωρίδων, όπου κάθε λωρίδα συμμετέχει με βάρος ίσο με το λόγο του φορτίου στη λωρίδα προς το συνομικό φορτίο στη συστάδα. Η κατανομή φορτίου στις λωρίδες υπολογίζεται ως το σταθμισμένο rms των θέσεων των λωρίδων γύρω από το κεντρο της συστάδας. Στο κεντρο της συστάδας έχει εκχωρηθεί αβεβαιότητα ίση με το rms της συστάδας προς την τετραγωνική ρίζα του συνολικού φορτίου της συστάδας. Η αβεβαιότητα του κέντρου της συστάδας δίνει την ακρίβεια στην μέτρησης της θέσης από το θάλαμο. Οι παράμετροι του μοντέλου ορίζονται ως σταθερές για το πρόγραμμα (π.χ. η απόσταση των κέντρων δυο διαδοχικών λωρίδων, το μήκος του διάκενου ολίσθησης, ο πολλαπλασιαστικός συντελεστής , η γωνία πρόσπτωσης κλπ.).Στη συνέχεια, στο toy Monte Carlo περιγράφεται μια διάταξη δοκιμαστικής δέσμης που αποτελείται από οκτώ θαλάμους που είναι στοιχισμένοι ανα δύο back-to-back, σχηματίζοντας τέσσερα ζεύγη θαλάμων.Το toy MC υπολογίζει μια συστάδα σε καθέναν απο τους οκτώ θαλάμους "σαν να προέρχονταν από δεδομένα". Η ακρίβεια στην μέτρηση της θέσης των θαλάμων επαληθεύεται με δύο μεθόδους.Το σημείο από το οποίο διέρχεται η τροχιά ανάμεσα στους δύο θαλάμους που βρίσκονται back-to-back υπολογίζεται ως ο μέσος όρος των αντίστοιχων κέντρων των συστάδων στους δυο θαλάμους, και ονομάζεται "super-point". Έτσι, σχηματίζονται τέσσερα super-points που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό της τροχιάς του σωματιδίου. Λόγω του γεγονότος ότι τα rms μιας συστάδας αυξάνονται με τη γωνία πρόσπτωσης θ, η γωνία πρόσπτωσης μιας τροχιάς σε κάθε θάλαμο μπορεί να εκτιμηθεί εξετάζοντας το πλάτος της συστάδας. Τα rms των συστάδων χρησιμοποιούνται επίσης για τον υπολογισμό της σχετικής περιστροφής των θαλάμων.