Performance validation of the ATLAS muon spectrometer

Abstract

Das Prinzip der Impulsmessung im ATLAS Muonspektrometer basiert auf der Rekonstruktion von Myonspuren in einem Magnetfeld von durchschnittlich 0.5T mithilfe von Präzisionsdriftrohren mit einer mittleren Ortsauflösung von weniger als 80 Mikrometer. Um eine Impulsauflösung von 10% für Myonen mit einem Transversalimpuls von annähernd 1 TeV zu erreichen, muss die Position der Detektoren über ein Messvolumen von annähernd 16000 m3 auf Mikrometer genau bekannt sein.<br />Ein optisches Vermessungssystem, bestehend aus raffiniert verteilten Lichtquellen-Kamera-Paaren überwacht kontinuierlich Bewegung und Verformung der Driftkammern.<br />Ein Teil des ATLAS Myonspektrometers wurde am CERN entlang eines Myonenstrahls in Originalgröße aufgebaut. Der Aufbau umfasst sowohl Präzisionskammern als auch Triggerkammern. Alle Kammern sind vollständig mit ihren optischen Vermessungsgeräten ausgestattet. Die gewählte Anordnung der Detektorkammern entlang des Teststrahls ermöglicht eine erste Erprobung des gesamten Systems. Ein wichtiger Bestandteil dieses Systemtests sind die Überprüfung des Spurrekonstruktionsalgorithmus an echten Detektordaten, sowie die Validierung der geforderten Präzision des optischen Vermessungssystems. Die Ergebnisse dieser Tests werden hier präsentiert.<br />

The ATLAS Muon Spectrometer aims at a momentum resolution better than 10% for transverse momentum values ranging from 6 GeV to 1 TeV.<br />Precision tracking will be performed by Ar-CO2 filled Monitored Drift Tube chambers (MDTs) with a single wire resolution of less than 100 micrometer. In total, about 1200 chambers, arranged in a large structure, will allow muon track measurements over distances up to 15 m in a magnetic field of about 0.5 T. Given the large size of the spectrometer, it is impossible to keep the shape of the muon chambers and their positions stable within the requested accuracy of 50 micrometer. Therefore the concept of an optical alignment system was chosen. An alignment accuracy of 30 to 40 micrometer must be achieved to meet the design resolution.<br />This work is dedicated to the validation of the required precision of the optical alignment system with straight muon tracks in a test beam environment. The outcome of the first test on the track fit performance of the ATLAS reconstruction software with real detector data is presented, followed by detailed studies of MDT chamber performance in the test beam, involving analysis of data taken at different beam energies and with different amount of material placed along the beam. A detailed comparison of chamber position obtained by tracking and obtained by the optical alignment system allows the validation of the general performance of the alignment system of the ATLAS muon spectrometer.