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Estudio del funcionamiento del sistema local del Trigger de
Muones de las cámaras de deriva del experimento CMS del LHC
C. Diez Pardos1, J. Alcaraz1, B. de la Cruz1, I. Josa1
1 División
de Física Experimental de Altas Energías, CIEMAT, 28040 Madrid, [email protected].
El experimento Compact Muon Solenoid, CMS [1], es uno de los experimentos de
propósito general instalados en el acelerador LHC. Su estructura es cilíndrica y está
compuesto por un sistema de detección de trazas y un sistema de calorimetría, inmersos en
un solenoide, y por detectores de muones, fuera del mismo. En la zona central de CMS, el
barril, los detectores encargados de la medida de muones son cámaras de tubos de deriva,
Drift Tubes, DT. El objetivo de estas cámaras es reconstruir la trayectoria del muon, medir
su momento e identificar su carga, así como proporcionar la información necesaria al
sistema que dispara la toma de datos o trigger.
El sistema central de muones está compuesto por 250 cámaras distribuidas en cinco
ruedas, cada una organizada en cuatro estaciones concéntricas formadas por doce cámaras
(catorce en la última estación). Éstas están formadas por tres supercapas independientes,
cada una con cuatro capas de tubos de deriva, y una estructura mecánica, intercalada entre
dos de ellas, que le proporciona rigidez. Dos supercapas proporcionan la medida en el plano
de curvatura del imán, el plano transverso r-, y la tercera, en el plano perpendicular al
mismo, plano r-. Así, en cada cámara se obtienen 8 impactos en un plano y 4 en otro, que se
combinan para la reconstrucción de segmentos, los cuales se asocian con otros del resto de
estaciones para reconstruir la trayectoria completa del muon y determinar su momento.
El primer nivel del trigger local de las cámaras DT [2] está formado por varios
componentes: el BTI (Bunch and Track Identifier), forma segmentos a partir de coincidencias
de al menos 3 impactos en 4 capas de una supercapa y asigna el cruce de haces en el que se
ha producido la colisión; el TRACO (Track Correlator) selecciona los mejores segmentos
dados por el BTI en las 2 supercapas  y los correlaciona entre sí, y el TS (Trigger Server),
selecciona en cada cámara y cruce de haces los dos segmentos de mejor calidad y mayor
momento transverso, pt, como entrada del DTTF (Drift Tube Track Finder). Este subsistema
construye trazas a partir de los segmentos de distintas estaciones y asigna p t,  tabulados
mediante tablas de referencia así como una etiqueta de calidad del muon. La calidad de los
segmentos en una cámara depende del número de impactos que participen en la
reconstrucción, siendo calidad baja (L) 3 impactos en una supercapa y alta (H), 4 impactos.
Los segmentos pueden ser además correlacionados o no correlacionados, según estén
reconstruidos a partir de impactos en dos supercapas o únicamente en una. De este modo la
calidad de los primeros es HH, HL o LL y la de los segundos simplemente H o L.
Un buen funcionamiento del trigger es fundamental para seleccionar con eficiencia
los muones con alto momento transverso, pt, provenientes de sucesos relevantes para la
física objeto de estudio en el LHC. Para comprobar las prestaciones del mismo se comparan
los segmentos reconstruidos offline por el software de CMS y la información procedente del
trigger local de muones en las cámaras.
Durante el año 2008 se realizaron varias tomas de datos de muones cósmicos, tanto
con el campo magnético de CMS de 3,8T activo como apagado. Las variables que se
comparan en este estudio son la posición del segmento proveniente de un muon en la
cámara y el ángulo de incidencia del mismo con respecto a la perpendicular a la cámara en
el plano de curvatura del imán (plano r-). Para ello se seleccionó una muestra de segmentos
correlacionados, en el primer cruce de haces, asociando a cada segmento de la
reconstrucción offline el segmento
dado por el trigger en la misma
cámara. El estudio se realizó para
todas las ruedas y estaciones.
La figura 1 muestra los
resultados obtenidos con datos
tomados con campo magnético,
para las cámaras de la parte
superior del detector en la estación
más interna, superponiendo los
resultados de cámaras en ruedas
con orientación positiva, YB+, y
negativa, YB-. (La orientación
depende de la situación de la
electrónica de lectura de datos en el
detector.) En la gráfica superior se
presenta la posición dada por el
trigger local frente a la obtenida en
la
reconstrucción
offline,
observándose
una
excelente
correlación entre ellas. Se ha Figura 1. Arriba, posición dada por el trigger (ordenadas)
comprobado igualmente la buena y la información de la reconstrucción offline (abscisas).
correlación en la medida
del Abajo, diferencia entre la información proporcionada por el
ángulo de incidencia. Las figuras trigger y la reconstrucción offline: posición (izquierda) y
inferiores muestran la diferencia ángulo de incidencia (derecha).
segmento a segmento entre la
información del trigger y la reconstrucción offline. Se observa un desplazamiento con
respecto a cero, diferente según la orientación de las ruedas bajo estudio en estos momentos.
Dado que la resolución de la reconstrucción offline es mucho mejor que la del trigger, se
puede estimar ésta última, siendo de un 1 mm en posición y de 5 mrad en el ángulo de
incidencia, similar a la obtenida en medidas con haces de prueba.
La conclusión de este estudio es la existencia de un buen acuerdo entre la
información del trigger y la reconstrucción offline. Asimismo este análisis permitió detectar
problemas concretos en ciertas cámaras. Los resultados se compararon también con los
correspondientes a datos tomados sin campo magnético sin encontrarse diferencias
significativas.
Referencias
1. CMS Collaboration, “Detector Performance & Software, Physics Technical Design Report”,
CERN/LHC 2006-001, CMS TDR 8.1, 2 febrero 2006.
2. “Estudio sobre las Cámaras de Tubos de Deriva para el Espectrómetro de Muones del
Experimento CMS”, J. Puerta, Tesis UAM, Enero 2004.