Mu o n C o l l i d e r D e t e c t o r S i m u - - PowerPoint PPT Presentation

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Mu o n C o l l i d e r D e t e c t o r S i m u l a t i o n a n d C a l o r i m e t r y A l e x a n d e r C o n w a y A n a l y s i s o f m c d 0 0 , a n i d e a l


slide-1
SLIDE 1

Mu

  • n

C

  • l

l i d e r D e t e c t

  • r

S i m u l a t i

  • n

a n d C a l

  • r

i m e t r y

 A

l e x a n d e r C

  • n

w a y

 A

n a l y s i s

  • f

m c d , a n i d e a l d e p t h

  • s

e g m e n t e d

 m

u

  • n

c

  • l

l i d e r d e t e c t

  • r

m

  • d

e l .

slide-2
SLIDE 2

N

  • r

m a n G r a f

Mu

  • n

C

  • l

l i d e r D e t e c t

  • r

v . . ( m c d )

slide-3
SLIDE 3

C a l

  • r

i m e t e r P r

  • p

e r t i e s

NUM LAYERS

EM Hadron Muon

Ma t e r i a l T u n g s t e n S t e e l 2 3 5 * I r

  • n

Z 7 4

  • 2

6 D e n s i t y { g / c m ^ 3 } 1 9 . 3 7 . 8 7 7 . 8 5 C e l l s i z e { c m ^ 3 } 1 2 1 D e t e c t

  • r

D e p t h { c m } 1 8 3 R a d i a t i

  • n

L e n g t h 6 . 7 6

g / c m ^ 2

. 3 5 c m 1 3 . 9

g / c m ^ 2

1 . 7 6 c m 1 3 . 8

g / c m ^ 2

1 . 7 6 c m N u c l e a r I n t e r a c t i

  • n

L e n g t h 1 8 5

g / c m ^ 2

9 . 5 8 c m 1 3 2 . 1

g / c m ^ 2

1 6 . 8 c m 1 3 1 . 9

g / c m ^ 2

1 6 . 8 c m *http://iopscience.iop.org/1748-0221/5/05/P05004/pdf/1748-0221_5_05_P05004.pdf Data from http://pdg.lbl.gov/2010/AtomicNuclearProperties

slide-4
SLIDE 4

B e a m ' s

  • e

y e v i e w

  • f

a s i n g l e 1 G e V p i

  • n

e v e n t

slide-5
SLIDE 5

Bernd Surrow http://physics.bu. edu/neppsr/2006 /TALKS- 2006/Calorimetry _Surrow.pdf

slide-6
SLIDE 6

S t u d y i n g t h e D e t e c t

  • r
  • S

i m p l i s t i c m

  • d

e l :

  • S

i n g l e p a r t i c l e e v e n t s

  • N
  • n
  • i

s e

  • C

a l

  • r

i m e t e r p r

  • p

e r t i e s :

  • T
  • t

a l a b s

  • r

p t i

  • n
  • H
  • m
  • g

e n e

  • u

s

  • S

e n s i t i v e

  • E

s t a b l i s h b a s e l i n e p r

  • p

e r t i e s

slide-7
SLIDE 7

S t u d y i n g t h e D e t e c t

  • r
  • E

n e r g y r e s

  • l

u t i

  • n
  • H
  • w

m u c h c a n w e d e t e c t ?

  • H
  • w

m u c h d

  • e

s s i g n a l v a r y ?

  • C

a n w e c h a r a c t e r i z e p a r t i c l e s ?

  • C
  • n

s t r a i n t s t

  • a

d d

  • T

i m i n g c u t s

  • E

n e r g y d e p

  • s

i t i

  • n

t h r e s h

  • l

d

  • C

l u s t e r i n g

slide-8
SLIDE 8

E s t a b l i s h i n g a B a s e l i n e : T i m i n g c u t s

  • S

i m u l a t e d 1 G e V e l e c t r

  • n

s a n d p i

  • n

s

  • H
  • w

f a s t d

  • s

h

  • w

e r s d e v e l

  • p

?

slide-9
SLIDE 9

E n e r g y R e s p

  • n

s e w i t h v a r y i n g t i m e c u t

  • f

f s f r

  • m

t

  • 1

n s

pions electrons

slide-10
SLIDE 10

T i m e C u t

  • f

f C

  • m

p a r i s

  • n

s

Me a n e n e r g y r e s p

  • n

s e ( G e V ) R MS ( G e V ) R MS / s q r t ( E ) E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s 1 n s 9 . 9 5 8 . 2 5 . 2 . 5 8 . 6 % 1 8 % 1 n s 9 . 9 5 7 . 7 6 . 3 . 7 2 1 % 2 3 . 7 % 1 n s 9 . 9 4 7 . 4 8 . 4 . 8 6 1 . 3 % 2 7 %

slide-11
SLIDE 11

P i

  • n

e n e r g y r e s p

  • n

s e w i t h 1 n s a n d 1 n s c u t

  • f

f s

100ns 1000ns

GeV Mean (GeV) RMS (GeV) 1000ns 8.25 0.58 100ns 7.76 0.72

slide-12
SLIDE 12

T i m e C u t

  • f

f C

  • m

p a r i s

  • n

s

RMS for electrons and pions 2D Histogram of energy responses for pions

slide-13
SLIDE 13

T i m e C u t

  • f

f C

  • m

p a r i s

  • n

s

  • E

l e c t r

  • n

s :

  • C

h a r a c t e r i s t i c a l l y f a s t s h

  • w

e r d e v e l

  • p

m e n t a n d h i g h r e s

  • l

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  • n

.

  • P

i

  • n

s :

  • S

l

  • w

e r s h

  • w

e r d e v e l

  • p

m e n t

  • L
  • w

e r e n e r g y r e s p

  • n

s e t h a t v a r i e s w i d e l y

  • Wi

l l h a v e t

  • u

s e

  • t

h e r a s p e c t s

  • f

t h e d e t e c t

  • r

t

  • c

h a r a c t e r i z e t h e s e a n d

  • t

h e r p a r t i c l e s ;

  • E

M c a l v s H c a l r e s p

  • n

s e , s h

  • w

e r s h a p e , t r a c k i n g , c h e r e n k

  • v

, e t c

slide-14
SLIDE 14

Mi n i m u m I

  • n

i z i n g P a r t i c l e ( MI P )

  • R

e l a t i v i s t i c m u

  • n

s a p p r

  • x

i m a t e MI P s

  • L

i t t l e i n t e r a c t i

  • n

w i t h d e t e c t

  • r

b u t w i t h c h a r a c t e r i s t i c e n e r g y

  • Wa

n t t

  • s

e e t h i s MI P t r a i l

  • E

n e r g y t h r e s h

  • l

d m u s t b e l

  • w

e r t h a n MI P e n e r g y

  • U

s e m u

  • n

s t

  • m

e a s u r e t h e MI P e n e r g y s p e c i f i c t

  • e

a c h t y p e

  • f

c a l

  • r

i m e t e r

slide-15
SLIDE 15

Mi n i m u m I

  • n

i z i n g P a r t i c l e ( MI P )

1 G e V M u

  • n
slide-16
SLIDE 16

Mi n i m u m I

  • n

i z i n g P a r t i c l e ( MI P )

slide-17
SLIDE 17

Mi n i m u m I

  • n

i z i n g P a r t i c l e ( MI P ) : E M a n d H C a l s

EM Cal cell response H Cal cell response

MIP MIP GeV -> GeV ->

slide-18
SLIDE 18

Mi n i m u m I

  • n

i z i n g P a r t i c l e ( MI P ) : Mu

  • n

C a l

slide-19
SLIDE 19

Mi n i m u m I

  • n

i z i n g P a r t i c l e ( MI P )

  • Mi

n i m u m i

  • n

i z a t i

  • n

i s v e r y c l e a r i n a l l d e t e c t

  • r

s

  • Mu
  • n

c a l ' s MI P e n e r g y i s a b

  • u

t f i v e t i m e s t h a t

  • f

t h e

  • t

h e r c a l s

  • Mu
  • n

c a l c e l l s a r e 5 X b i g g e r b u t

  • t

h e r w i s e v e r y s i m i l a r t

  • H

c a l

  • H

c a l c e l l s a r e 2 X b i g g e r t h a n E M b u t E M h a s a p p r

  • x

i m a t e l y t w i c e t h e d e n s i t y

  • U

s e a r b i t r a r y v a l u e l e s s t h a n

  • n

e MI P f

  • r

e n e r g y c u t

  • f

f , 1 / 5 MI P f

  • r

p r e l i m i n a r y s t u d i e s .

slide-20
SLIDE 20

E n e r g y C u t s : 1 / 5 MI P

Me a n e n e r g y r e s p

  • n

s e ( G e V ) R MS ( G e V ) R MS / s q r t ( E ) E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s 1 n s 9 . 9 5 8 . 2 5 . 2 . 5 8 . 6 % 1 8 % 1 n s 9 . 9 5 7 . 7 6 . 3 . 7 2 1 % 2 3 . 7 % 1 n s 9 . 9 4 7 . 4 8 . 4 . 8 6 1 . 3 % 2 7 % Me a n e n e r g y r e s p

  • n

s e ( G e V ) R MS ( G e V ) R M S / s q r t ( E ) E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s 1 n s 9 . 5 2 7 . 5 . 5 9 . 7 5 1 . 9 % 2 4 % 1 n s 9 . 5 1 3 6 . 8 5 . 6 4 . 8 2 2 . % 2 6 % 1 n s 9 . 5 1 6 . 7 4 . 6 7 . 8 8 2 . 1 % 2 7 . 8 %

B e f

  • r

e C u t s : A f t e r C u t s :

slide-21
SLIDE 21

E n e r g y C u t s : 1 / 5 MI P

  • P

i

  • n

r e s p

  • n

s e i s d r a s t i c a l l y c h a n g e d

  • E

s p e c i a l l y f

  • r

l

  • n

g e r t i m e w i n d

  • w

s

  • '

S p l a s h e s ' ?

  • Wi

l l t h i s b e l

  • s

t b y c l u s t e r i n g a n y w a y ?

  • L
  • k

a t c l u s t e r s f i r s t , t h e n c

  • m

b i n e w i t h e n e r g y c u t s

slide-22
SLIDE 22

C l u s t e r i n g

  • Mu

s t r e m

  • v

e h i t s t h a t c a n ' t b e t r a c e d t

  • p

a r t i c l e

  • C

a n t e s t d i f f e r e n t a l g

  • r

i t h m s ,

  • F

i x e d

  • c
  • n

e c l u s t e r i n g

  • N

e a r e s t n e i g h b

  • r

c l u s t e r i n g

  • F

i x e d

  • c
  • n

e :

  • C

l u s t e r s

  • f

h i t s t h a t f i t w i t h i n c

  • n

e

  • N

e a r e s t n e i g h b

  • r

:

  • C

l u s t e r s h i t s a d j a c e n t w i t h i n x n u m b e r

  • f

c e l l s

slide-23
SLIDE 23

C l u s t e r i n g : F i x e d

  • c
  • n

e

Me a n e n e r g y r e s p

  • n

s e ( G e V ) R MS ( G e V ) R MS / s q r t ( E ) E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s 1 n s 9 . 9 5 8 . 2 5 . 2 . 5 8 . 6 % 1 8 % 1 n s 9 . 9 5 7 . 7 6 . 3 . 7 2 1 % 2 3 . 7 % 1 n s 9 . 9 4 7 . 4 8 . 4 . 8 6 1 . 3 % 2 7 % Me a n e n e r g y r e s p

  • n

s e ( G e V ) R MS ( G e V ) R M S / s q r t ( E ) E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s 1 n s 9 . 5 4 7 . 9 . 8 3 . 7 7 1 2 . 6 % 2 4 . 4 % 1 n s 9 . 9 4 7 . 5 7 . 5 2 . 8 3 1 . 6 % 2 6 . 2 % 1 n s 9 . 9 3 7 . 3 4 . 8 7 . 9 1 2 . 8 % 2 8 . 8 %

B e f

  • r

e C u t s : A f t e r C u t s :

slide-24
SLIDE 24

C l u s t e r i n g : N e a r e s t N e i g h b

  • r

Me a n e n e r g y r e s p

  • n

s e ( G e V ) R MS ( G e V ) R MS / s q r t ( E ) E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s 1 n s 9 . 9 5 8 . 2 5 . 2 . 5 8 . 6 % 1 8 % 1 n s 9 . 9 5 7 . 7 6 . 3 . 7 2 1 % 2 3 . 7 % 1 n s 9 . 9 4 7 . 4 8 . 4 . 8 6 1 . 3 % 2 7 % Me a n e n e r g y r e s p

  • n

s e ( G e V ) R MS ( G e V ) R M S / s q r t ( E ) E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s 1 n s 9 . 9 6 5 . 8 6 . 9 2 4 1 . 6 2 2 9 . 2 % 5 1 . 2 % 1 n s 9 . 9 5 5 . 7 1 . 9 2 4 1 . 6 2 2 9 . 2 % 5 1 . 2 % 1 n s 9 . 5 5 5 . 6 . 9 2 3 1 . 6 4 2 9 . 2 % 5 2 . 9 %

B e f

  • r

e C u t s : A f t e r C u t s :

slide-25
SLIDE 25
slide-26
SLIDE 26
slide-27
SLIDE 27

T h

  • u

g h t s

  • F

i x e d

  • c
  • n

e c l u s t e r i n g p r

  • v

i d e s b e t t e r r e s

  • l

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  • n

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  • s

s t h e b

  • a

r d

  • N

e a r e s t

  • n

e i g h b

  • r

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  • u

l d c h a n g e

  • Wa

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  • i

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  • v

e e n e r g y r e s

  • l

u t i

  • n

:

  • C

h a n g e n e a r e s t

  • n

e i g h b

  • r

p a r a m e t e r s

  • C
  • m

b i n e n e a r e s t

  • n

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  • r

c l u s t e r s t h a t f a l l w i t h i n f i x e d c

  • n

e

  • P

e r f

  • r

m n e a r e s t

  • n

e i g h b

  • r
  • n

f i x e d c

  • n

e c l u s t e r s

slide-28
SLIDE 28

C l u s t e r i n g / t h r e s h

  • l

d : F i x e d

  • c
  • n

e

Me a n e n e r g y r e s p

  • n

s e ( G e V ) R MS ( G e V ) R MS / s q r t ( E ) E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s 1 n s 9 . 5 4 7 . 9 . 8 3 . 7 7 2 . 6 % 2 4 . 4 % 1 n s 9 . 9 4 7 . 5 7 . 5 2 . 8 3 1 . 6 % 2 6 . 2 % 1 n s 9 . 9 3 7 . 3 4 . 8 7 . 9 1 2 . 8 % 2 8 . 8 % Me a n e n e r g y r e s p

  • n

s e ( G e V ) R MS ( G e V ) R M S / s q r t ( E ) E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s E l e c t r

  • n

s P i

  • n

s 1 n s 9 . 9 5 7 . 9 . 5 3 . 7 7 2 . 6 % 2 4 . 4 % 1 n s 9 . 9 4 7 . 5 7 . 5 8 . 8 3 1 . 6 % 2 6 . 2 % 1 n s 9 . 9 3 7 . 3 4 . 6 1 . 9 1 2 . 8 % 2 8 . 8 %

B e f

  • r

e C u t s ( f i x e d

  • c
  • n

e c l u s t e r i n g ) : A f t e r MI P C u t s :