Tracking performance of micromegas chambers for the ATLAS New Small Wheel project

Medientyp: E-Book

Titel: Tracking performance of micromegas chambers for the ATLAS New Small Wheel project

Beteiligte: Scholer, Patrick [Verfasser]; Landgraf, Ulrich [Akademischer Betreuer]; Landgraf, Ulrich [Sonstige]; Heinemann, Beate [Sonstige]

Körperschaft: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Fakultät für Mathematik und Physik

Erschienen: Freiburg: Universität, 2022

Umfang: Online-Ressource

Sprache: Englisch

DOI: 10.6094/UNIFR/227284

Identifikator:

Schlagwörter: Performance ; (local)doctoralThesis

Entstehung:

Hochschulschrift: Dissertation, Universität Freiburg, 2022

Anmerkungen:

Beschreibung: Abstract: Ab dem kommenden Datennahmezeitraum wird die innerste Endkappe des Muon Spektrometers des ATLAS Experiments durch das “neue kleine Rad” (New Small Wheel, NSW) ersetzt. Im NSW werden die beiden Technologien Micro-Mesh Gaseous Detectors (Micromegas) und small-strip Thin Gap Chambers zum Einsatz kommen, um sowohl die Selektion von physikalisch interessanten Ereignissen als auch die Rekonstruktion der Teilchenspuren zu verbessern. Dies ist notwendig, da im Rahmen des Ausbaus des LHCs zum High-Luminosity LHC stark erhöhte Teilchenraten erwartetet werden. Der Fokus dieser Dissertation liegt auf der Rekonstruktion von zu erwartenden geneigten Teilchenspuren mit den Micromegas Detektoren im NSW. Der erste von zwei Teilen dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung der Rekonstruktionsleistung eines der ersten Micromegas Module aus der Serienproduktion in einer dedizierten Teststrahl Kampagne. Für die Rekonstruktion von geneigten Teilchenspuren wurden zwei Methoden untersucht: die micro Time Projection Chamber ( μTPC) und die Cluster Time Projection (CTP) Methode. Während das temporär hohe Hintergrundrauschen im verwendeten experimentellen Aufbau einen negativen Einfluss auf die Ergebnisse der μTPC Methode, insbesondere auf die Rekonstruktionseffizienz, hatte, konnte mit der CTP Methode eine Präzision von 212 μm bei einer Rekonstruktionseffizienz von 90 % und mehr erreicht werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Simulationsoftware der Micromegas Detektoren innerhalb des ATLAS Software Frameworks erheblich verbessert, und mehrere Parameter der Detektorsimulation wurden optimiert, um die Signale der echten Detektoren bestmöglich nachzubilden. Des Weiteren wurden verschiedene Rekonstruktionsmethoden für geneigte Teilchenbahnen in die Software integriert. Deren Leistung und Genauigkeit wurde für verschiedene Detektorkonfigurationen, basierend auf simulierten Detektordaten, untersucht. Auch in diesen Studien stellte sich die CTP Methode als die beste heraus. Daher wird sie in Zukunft für die präzise Rekonstruktion von Myon-Spuren eingesetzt werden, welche einen entscheidenden Anteil am äußerst erfolgreichen Physikprogramm der ATLAS Kollaboration haben

Abstract: For the upcoming data taking period, the innermost end-caps of the ATLAS Muon Spectrometer will be upgraded with the New Small Wheels (NSWs), deploying Micro-Mesh Gaseous Detectors (Micromegas) and small-strip Thin Gap Chambers for improved tracking and trigger capabilities at increased collision rates introduced by the High-Luminosity LHC upgrade. This dissertation focuses on the reconstruction of inclined tracks with the Micromegas detectors, as they will be present in the NSW. The first of two parts of the thesis covers a dedicated test beam campaign, where the position reconstruction performance of one of the first Micromegas modules from the series production was investigated. Focus was laid on the reconstruction of clusters from inclined tracks, employing two different reconstrution algorithms, the micro Time Projection Chamber (μTPC) and the Cluster Time Projection (CTP) methods. While the performace of the μTPC method, especially in terms of the reconstruction efficiency, suffered from the exceptionally high noise levels observed temporarily in the test beam, the CTP method was able to reconstruct clusters with a precision of 212 μm at efficiencies of 90 % and above. In the second part of this thesis, the simulation of the Micromegas detectors inside the ATLAS offline software, athena, has been significantly improved and several parameters have been optimized in order to better mimic the response of the actual detector. Furthermore the reconstruction algorithms for inclined tracks have been integrated into athena, and their performance was studied for different physics scenarios obtained from the detector simulation. The CTP method showed the most promising results and will therefore be used for the precise reconstruction of muon tracks in ATLAS, which is of key importance for the physics program of the collaboration

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