Yoğun ışınlanmış silikon piksel dedektörü için küme restorasyonunun geliştirilmesi ve doğrulanması
Improvement and verification of cluster reconstruction for heavily irradiated silicon pixel detector
Yazar: IŞIK GÖKÇEN KARSLIOĞLU
Danışman: PROF. DR. ÖMER YAVAŞ ; DR. VİKTOR VESZPREMİ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Fizik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Kümeleme = Clustering

Özet:
Parçacık hızlandırıcıları elektron, pozitron, proton, müon vb. yüklü parçacık demetlerini hedeflenen enerjilere kadar hızlandıran teknolojik donanımlardır. CERN'de kurulu bulunan ve proton-proton çarpıştırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştıcısı (Large Hadron Collider, LHC) dünyanın en büyük proton hızlandırıcılarına dayalı olarak inşa edilmiştir. LHC, maddeyi yüksek sıcaklık ve yoğunluk koşulları altında araştırmak için özel olarak tasarlanmıştır ve Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra plazma ortamında oluşan kuark-gluon kombinasyonlarının yanı sıra mezon ve baryon oluşumunun incelenmesine olanak tanır. LHC üzerinde değişik amaçlar ile ATLAS, CMS, ALICE ve LHC-b dedektörleri inşa edilmiştir. CMS (Compact Muon Solenoid) detektörü LHC'de ortaya çıkabilecek yeni bir olguyu gözlemleyebilecek çok yönlü bir detektördür. CMS dedektörü içinde birden çok dedektör farklı amaçlara hizmet eder. Bu tür bir dedektör, en iç bölgeye yerleştirilmiş ve genellikle izleme sisteminin kalbi olarak adlandırılan Piksel Dedektörüdür. Piksel Dedektörü, yüklü parçacıkların doğru şekilde izlenmesini ve etkileşim noktasının yakınında tepe noktasının yeniden oluşturulmasını kolaylaştıran hassas 3B uzamsal bilgi sağlar. Piksel dedektörünün en içteki katmanının performansı, darbe parametresinin genel çözünürlüğünü önemli ölçüde etkiler. Parçacık çarpışmalarını tespit eden ilk dedektör olarak, radyasyonun yoğun olduğu kısımda yer almaktadır. Piksel kümelerinde radyasyon hasarının neden olduğu herhangi bir bozulma veya çözünürlük kaybı, sahte parçacık izlerinde artışa neden olabilir. Bu nedenle, güvenilir sonuçlar için bu etkiyi azaltmak ve düzeltmek çok önemlidir. Bu çalışmada, kümeler üzerindeki radyasyon hasarını araştırmak için Piksel detektörünce alınan veriler üzerinde çalışılmış olup parçacık türleri olarak müonlar ve antimüonlar üzerinde odaklanılmış ve sonuçlardaki farklılıkları öncelikle yüklere atfedilmiştir. Çalışmada ayrıca Piksel detektörünün Modül-1 ve Modül-4'ünü karşılaştırıldı ve bu karşılaştırmada C++ kodları ve parçacık fiziğinde bilgisayar uygulamaları kullanılmıştır. Radyasyonun açığa çıkan kümelere olan etkisi gözlemlendi ve hasarlar için Digi Morphing adı verilen bir kodlama uygulaması ile düzeltme çalışması yapılmıştır.

Abstract:
Particle accelerators are advanced devices used to propel charged beams of elementary particles such as electrons, protons, positrons, muons to aimed high energies. CERN Large Hadron Collider (LHC) is largest particle colliders that is based on proton accelerators with highest energy in the world. The LHC is specifically designed to probe matter under conditions of high temperature and density, and allows the study of meson and baryon formation, as well as quark-gluon combinations formed in the plasma environment shortly after the Big Bang. The LHC includes ATLAS, CMS, ALICE ve LHC-b detectors for several reasons. The CMS detector is positioned at one of four collision points and serves as a versatile detector capable of observing any new phenomena in physics that the LHC may reveal. One such detector is the Pixel Detector, located in the innermost region and often referred to as the heart of the monitoring system. The Pixel Detector provides precise 3D spatial information that facilitates accurate tracking of charged particles and peak reconstruction near the point of interaction. The performance of the innermost layer of the pixel detector significantly affects the overall resolution of the pulse parameter. As the first detector to detect particle collisions, the pixel detector placed in a radiation-rich location is of great importance. Ensuring the accuracy of the data received is crucial to the success of this groundbreaking experiment. Any degradation or loss of resolution in pixel clusters caused by radiation damage can result in an increase in false particle tracks. Therefore, it is very important to reduce and correct this effect for reliable results. In this study, the data received by the Pixel detector was studied to investigate the radiation damage on the clusters. This study focused on muons and antimuons as particle types, and the differences in results were primarily attributed to their charge. The study also compared Module-1 and Module-4 of the Pixel detector. The work was done using C++ codes and computer applications in particle physics. However, the effect of radiation on exposed clusters was observed and damages were corrected with a coding application called Digi Morphing.