Resumen de Geometría del detector cms reconstruida con el sistema de alineamiento link
Mar Sobron Sañudo
El próximo acelerador de particulas, llamado Gran colisionador Hadronico (LHC, por sus siglas en ingles) ha sido construido. El LHC, en el CERN, es una máquina para explorar nuevas energías. Permitirá estudiar las colisiones de protones con una energía en el centro de masas de 14 TeV.
CMS es uno de los experimentos del LHC en el cual se desarrolla el trabajo presentado. En el LHC las medidas de los muones serán cruciales. CMS complementa las medidas haciendo una combinación entre las medidas provistas por el detector central de trazas y las cámaras de muones. Para conseguir una resolución en la precisión de la medida del momento de los muones del 20% para muones de 1 TeV, la posición relativa de las cámaras entre ellas y con respecto al detector de trazas tiene que ser conocida con una precisión de 150 micras. De otra forma, la medida del momento estaría degradada por el desalineamiento de los detectores.
Debido a la combinación de las fuerzas de gravedad (que desplazaran los detectores fuera de su posición nominal), cambios de temperatura (debido a ventilación o disipación de energía) y sobretodo, debido a las fuerzas del campo magnético actuando en el detector durante el encendido del imán, la estabilidad de CMS al nivel de las micras no está garantizada. Por esta razón, el detector requiere de un sistema de alineamiento que monitorice las posiciones relativas de los detectores entre ellos. Para ello, CMS esta instrumentado con un sistema óptico de alineamiento que permite medir continuamente la posición de las cámaras durante subidas de campo o periodos de operación estable.
El sistema de alineamiento de CMS está dividido en cuatro sub-sistemas: El sistema de alineamiento del detector de trazas, la parte barrel del sistema de muones (barril o parte central), la parte endcap del sistema de muones y el sistema Link (o de relación) que relaciona los tres anteriores sub-sistemas. Los tres primeros alinean independientemente, como cuerpos rígidos, los diferentes sub-detectores de los que se encargan, mientras que el sistema Link los relaciona a una referencia común. Este trabajo describe el sistema de alineamiento óptico del detector CMS, con un énfasis especial en el sistema Link donde el trabajo ha sido desarrollado.
El propósito del sistema de alineamiento es proveer, a partir de la combinación de diferentes fuentes de medida, una descripción geométrica coherente de los sub-detectores que pueda ser introducida en la descripción del detector y ser utilizada en la reconstrucción de trazas. Para este propósito un software de reconstrucción de alineamiento ha sido desarrollado. COCOA, es un paquete software dedicado al estudio de sistemas ópticos a través de aproximaciones geométricas basado en un ajuste no lineal por mínimos cuadrados, que permite la reconstrucción geométrica en 3D, posición y orientación, de los objetos descritos por el sistema.
Para asegurarse del correcto funcionamiento y precisión del sistema de alineamiento, la parte más crítica y necesaria es la calibración y ajuste de los componentes ópticos con una buena precisión. Este trabajo ha sido llevado a cabo en diferentes pasos y en diferentes laboratorios durante los últimos años y abarca diferentes tipos de medidas y diferentes montajes en el laboratorio. En este trabajo se resumen los diferentes procedimientos de calibración y las mecánicas soporte de los diferentes sensores utilizados por el sistema así como métodos de ajuste y calibración de las estructuras de fibra de carbono que hacen de soporte para las fuentes de luz. Los resultados finales y las precisiones alcanzadas son presentados.
En verano de 2006, con una parte significativa de las cámaras de muones instaladas, sobre 1/4 del sistema de alineamiento de muones fue instalado por primera vez en CMS. Al final del verano, el detector se cerró por primera vez en el hall de montaje SX5 permitiendo un primer test del solenoide de CMS de 4 T. El Test, llamado MTCC (Magnet Test and Cosmic Challenge) se desarrollo en dos diferentes periodos o fases, hasta el otoño de 2006. Además del test del imán también permitió testear las con rayos cósmicos sobre un 5% del sistema de adquisición de datos y los detectores de muones. Esto permitió por primera vez un test dinámico a escala real del sistema de alineamiento. Después de este test, las estructuras de CMS fueron llevadas a la caverna de colisión donde los sub-sistemas restantes y sus servicios fueron terminados de instalar para el comienzo del acelerador en Septiembre del 2008. El detector estuvo operando durante aproximadamente dos meses, tiempo en el cual aprox. 300M de cósmicos fueron recogidos, este periodo es llamado CRAFT (Cosmic Run At Four Teslas). El sistema de alineamiento completamente instrumentado recogió datos durante todo el periodo.
Se describe el funcionamiento del sistema Link durante estos dos periodos y el estudio de la calidad de los datos recogidos. Una discusión de la geometría del detector en las diferentes condiciones de campo magnético, vista por el sistema Link, es presentada. Se hace un detallado estudio de los datos recogidos por los sensores individuales y una primera interpretación del comportamiento del detector frente a campo magnético basado en las lecturas independientes de los sensores. Para luego concentrarse en el procedimiento de la reconstrucción geométrica del detector con la ayuda de COCOA. Los resultados del ajuste de COCOA para el MTCC y CRAFT son presentados y discutidos.
