BESIIIMDC事例重建毛澤普課件

1、BESIII MDC 事例重建2010年 8月17日中國科學(xué)院高能物理研究所毛澤普中國科學(xué)院“核探測技術(shù)與核電子學(xué)”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 主要內(nèi)容 徑跡尋找 徑跡擬合 時(shí)間刻度 dE/dx粒子鑒別 總結(jié) 一 徑跡尋找 43絲層(24S +19A) BESIII MDC 結(jié)構(gòu) 6796 信號絲 XY = 130 m, Pt/Pt = 0.5 %(1 GeV) dE/dx 分辨 0.6-0.7%MDC 事例重建系統(tǒng)徑跡屬性:空間位置動量電荷 粒子種類 . MDC Event Rec.Hit wire IDTDC(時(shí)間) B(磁場)Event TestTrackingKalman fit dE/dx PID事

2、例起始時(shí)間計(jì)算我們開發(fā)了五種獨(dú)立的方法共同完成事例起始時(shí)間計(jì)算:1 MDC徑跡TOF匹配法2 EMC & TOF匹配法3 MDC徑跡段直線擬合法4 MDC徑跡法5 MDC徑跡擬合方法效率：Bhabha，dimu：99.8%Hadron: 99.6%Cosmic：99.9%誤判率1%時(shí)間分辨: 0.3ns0.4nsMDC 徑跡快重建xy 100umz 4mmp 56MeVEff=99%xy100umz4mmp/p56MeVFast, simple tracking for Test 在均勻z向磁場中(BX = BY = 0, Bz=C) 帶電粒子運(yùn)動軌跡(圓柱螺旋線Z)描述：X(s) = x0

3、+ Rcos(0+hscos/R) -cos0Y(s) = y0 + Rsin(0+hscos/R)-sin0Z(s) = z0 + ssin x-y 平面投影: 園 (d2X/ds2=cos2 /Rh )MDC 徑跡尋找 在一個(gè)特定的參考系中徑跡參數(shù)為: = (d , , , dz, tan )T , d : signed distance of helix from pivot in x-y plane, : The azimuthal angle to the helix center, : 1/pt, dz: signed z distance of the helix from pi

4、not in the z direction, tan: the slope of the track, : dip angle 擬合方法 (Least Square Method)2 = (i/i)2, i=1, nhits ; i =d(xi(i) di (i = dfi - dmi ) 徑跡屬性:Pt = 1/|, Px = (1/| ) (-sin(0 + ),Py = (1/|) cos(0 + ), Pz =( 1/|) tan E =(1/2) ( 2 2 / (T ) -1MDC 徑跡尋找我們開發(fā)了兩套獨(dú)立的徑跡尋找程序: MdcPatRec 和 MdcTsfRec 兩套程序均

5、已用于MDC的數(shù)據(jù)處理中, 其原理如下: 當(dāng)前基本性能: (from J/ Run 9947 Bhabha events )Efficiency vs Ppt/pt vs P Efficiency vs angle MDC 徑跡尋找程序基本性能Tracking efficiency : Barrel: 98.6%CPU for MC data: about 10 ms/track 徑跡擬合的目的：二 MDC徑跡擬合(Kalman-Filter方法) Kalman-Filter 基本原理： 對離散數(shù)據(jù)，用當(dāng)前狀態(tài)矢量預(yù)測下一個(gè)狀態(tài)矢量的LSM方法 徑跡擬合的基本過程和原理：1.預(yù)測：用徑跡當(dāng)前的

6、狀態(tài)矢量預(yù)測第k時(shí)候的狀態(tài)矢量 2.過濾：加權(quán)組合第k時(shí)的預(yù)測信息和測量信息,估計(jì)k狀態(tài)矢量信息3.平滑：用全部時(shí)刻n(nk)的測量信息回推, 估計(jì)k時(shí)刻的狀態(tài)徑跡精細(xì)修正 NUMF, Multiple scattering, Energy loss 我們開發(fā)了五個(gè)不同用處的程序塊，現(xiàn)已經(jīng)用于物理分析中MDC 徑跡擬合1.分析流程：filter單向由外往里, 輸出IP點(diǎn)參數(shù)，用于物理分析2.刻度流程：雙向filter迭加, 輸出每點(diǎn)徑跡參數(shù)3.平滑流程：輸出每個(gè)擊中層以及最外點(diǎn)徑跡參數(shù)、每小段的飛行時(shí)間總和，用于dE/dx刻度，外推, TOF刻度等4.宇宙線校準(zhǔn)流程：用于校準(zhǔn)流程，將宇宙線進(jìn)行

7、連接并進(jìn)行擬合5.次級頂點(diǎn)重建工具：ExtToSecondVertexTool按照用戶指定的位置擬合. MDC 徑跡擬合基本性能 by 0.3GeV cos=0.83* MDC 信號道數(shù)(信號數(shù)): 6796三 MDC 時(shí)間刻度 * 要達(dá)到空間分辨130m, 動量分辨 0.5%1GeV/c 時(shí)間刻度的任務(wù)與方法(反復(fù)疊帶，逐漸逼近) 數(shù)據(jù)樣本：通常用Bhabha或dimu事例 刻度理論模型: 徑跡殘差法Dmeas：徑跡與信號絲間的測量距離Dtrack: 擬合徑跡與信號絲的距離(擬合距離） i： 該測量點(diǎn)的權(quán)重(空間分辨）* X-T關(guān)系刻度* T0刻度* 時(shí)幅關(guān)系刻度* 幾何位置校 刻度流程 小

8、單元漂移室中電子漂移特性單元內(nèi)電場分布不均勻?qū)е铝穗娮悠扑俣鹊姆蔷鶆蛐盘柦z附近，電場較強(qiáng)，漂移速度較大隨著漂移距離的增大，電場逐漸減弱，漂移速度也逐漸減小單元邊界，漂移線嚴(yán)重彎曲，因而隨著漂移距離的增大漂移時(shí)間迅速增大磁場下電子漂移線等時(shí)線圖 X-T關(guān)系刻度原因 MDC 時(shí)間刻度X-T關(guān)系刻度方法時(shí)間譜積分法d-T迭代法 X-T 關(guān)系函數(shù) 采用5 階多項(xiàng)式 1階多項(xiàng)式漂移時(shí)間與漂移距離的關(guān)系漂移時(shí)間分布 T0刻度方法和原理 MDC 時(shí)間刻度* 對時(shí)間分布前沿進(jìn)行擬合，得到T0的初始值 時(shí)幅關(guān)系刻度T0 的初步確定信號脈沖幅度引起時(shí)間游動如果用二次函數(shù)描述信號上升沿： * 徑跡殘差法對各絲層、

9、單絲修正T0，反復(fù) 疊帶，逐漸逼近得出時(shí)間游動：實(shí)際情況中只能測量信號的電荷量Q，只能假設(shè) Vt Q ，使用如下函數(shù)來修正時(shí)間游動： 單絲位置刻度: 殘差分布方法 MDC 幾何位置校準(zhǔn) 漂移室端面板校準(zhǔn)參數(shù) MDC 時(shí)間測量主要性能現(xiàn)狀 動量分辨:11.4 MeV/c 空間分辨: 134 m 正負(fù)電賀對稱性5MeV/c 徑跡空間分布正常 徑跡質(zhì)量穩(wěn)定性好sP = 11.4MeV/cfrom J/psi Bhabhafrom J/psi Bhabhafrom J/psi Bhabhae+/e- momentum vs run Spatial resolution vs run (Bhabha)P

10、 vs phi四 dE/dx 粒子鑒別 dE/dx 粒子鑒別原理和方法 dE/dx 刻度修正dE/dx值的不一致性: 帶電粒子的電離特性;信號絲氣體放大的不均勻性; MDC磁場的不 均勻性;取數(shù)過程環(huán)境溫度、壓強(qiáng)等條件的變化等 dE/dx 刻度項(xiàng)目 單絲級別刻度（只用電子樣本刻度）* 徑跡長度修正* run by run 修正外界環(huán)境影響，如氣壓、溫度等* 單絲增益：修正單元電場非均性、電子學(xué)增益差異* 漂移距離和入射角聯(lián)合修正 徑跡級別刻度 (用各種粒子樣本做刻度):* 空間電荷效應(yīng)的修正* dE/dx 能損曲線刻度* dE/dx 的刻度 擬合函數(shù)dE/dx=f()*g(sin)*h(Nhi

11、t)*I 使用bhabha數(shù)據(jù)樣本得到擬合函數(shù): g, h 和i : 利用強(qiáng)子樣本得到 ( 與dE/dx能損曲線相似) ：f K P MDC dE/dx測量主要性能現(xiàn)狀dE/dx6%(for ) 3 / 分離760MeV/c總結(jié) 在3年左右時(shí)間我們完成了MDC數(shù)據(jù)處理程序的（事例起始時(shí)間計(jì)算，徑跡尋找，徑跡擬合，離線刻度，dE/dx粒子鑒別）五個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試. 經(jīng)過BESIII 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的調(diào)試和運(yùn)行，證明了五個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到了實(shí)際指標(biāo)，基本滿足物理分析的要求。 更加精細(xì)的調(diào)整和參數(shù)的優(yōu)化工作還將繼續(xù)進(jìn)行謝謝各位BESIII 探測器MDC 時(shí)間測量數(shù)值TDC不是漂移時(shí)間通過TDC測量到的

12、原始時(shí)間并不等同于漂移時(shí)間，其中包含：TES: 事例起始時(shí)間 (EsTimeAlg)Tflight：粒子的飛行時(shí)間（重建中計(jì)算并修正）Tdrift：漂移時(shí)間Tprop：信號在絲上的傳播時(shí)間（重建中計(jì)算并修正）Twalk：信號幅度差異引起的時(shí)間游動 時(shí)幅關(guān)系刻度Telec：信號在電子學(xué)通道上的傳輸時(shí)間 T0刻度TTDCTflightTdriftTpropTwalkTelecTESBESIII數(shù)據(jù)處理流程在線事例選擇 MC Data generatorsimulation離線刻度calibration原始數(shù)據(jù)重建數(shù)據(jù)(DST)數(shù)據(jù)分類 事例重建reconstruction物理分析 重建數(shù)據(jù)(Rec

13、)北京譜儀數(shù)據(jù)獲取 數(shù)據(jù)處理 mc數(shù)據(jù)產(chǎn)生 BESIII事例重建過程順序HepEvtMcTruthG4EventHitsDigitsRawDataCnvSvcBES IIIRawDataGeneratorEventConvertersSimulationDigitizationReconstructionAlgorithmsCalibrationAlgorithmsRecHitsRecTracksAnalysisToolsDstTracksHistogramsNtuplesRootDstCnvSvcDstDataRec2DstAlgEvent Data FlowMC 數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)物理分析Cal

14、ibration FrameworkFramework is based on GLAST s schemeThe calibration constants for each sub-detector are produced by the associated calibration algorithm The framework provides reconstruction algorithms a standard way to obtain the calibration data objects MDC Tracking Module(1) R- Tracking & S-Z f

15、inding3) S-Z calculation in Z finding2) Segment Finding (TSF)1) Conformal transformation1）Segment finding: Search segments in each super-layer using a pattern look-up table2）Track link (S-Z finding) add stereo segments432107651010100101234567Wires No. 0-7 b) Fill real hit pattern table and matching Set one word for a group of 8 wire, each bit for a wire. Set “1” for a hit wire, others “0” MDC Tracking Module(2): R- Tracking & S-Z findinga) Create Hit pattern by MC: * 4 hit pattern * 3 hit pattern c)