BESIIIMDC事例重建課件.ppt

1、BESIII MDC 事例重建,2010年 8月17日,中国科学院高能物理研究所,毛泽普,中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室,主要内容,径迹寻找 径迹拟合 时间刻度 dE/dx粒子鉴别 总结,一 径迹寻找,43丝层(24S +19A),BESIII MDC 结构,6796 信号丝,XY = 130 m,Pt/Pt = 0.5 %(1 GeV) dE/dx 分辨 0.6-0.7%,MDC 事例重建系统,径迹属性: 空间位置 动量 电荷 粒子种类 .,MDC Event Rec.,Hit wire ID TDC(时间) B(磁场),Event Test,Tracking,Kalman f

2、it,dE/dx PID,事例起始时间计算,我们开发了五种独立的方法共同完成事例起始时间计算: 1 MDC径迹TOF匹配法 2 EMC i =d(xi(i) di (i = dfi - dmi ),径迹属性:,Pt = 1/|, Px = (1/| ) (-sin(0 + ),Py = (1/|) cos(0 + ), Pz =( 1/|) tan ,E =(1/2) ( 2 2 / (T ) -1,MDC 径迹寻找,我们开发了两套独立的径迹寻找程序: MdcPatRec 和 MdcTsfRec 两套程序均已用于MDC的数据处理中, 其原理如下:,当前基本性能: (from J/ Run 99

3、47 Bhabha events ),Efficiency vs P,pt/pt vs P,Efficiency vs angle,MDC 径迹寻找程序基本性能,Tracking efficiency : Barrel: 98.6%,CPU for MC data: about 10 ms/track,径迹拟合的目的：,二 MDC径迹拟合(Kalman-Filter方法),Kalman-Filter 基本原理：,对离散数据，用当前状态矢量预测下一个状态矢量的LSM方法,径迹拟合的基本过程和原理：,1.预测：用径迹当前的状态矢量预测第k时候的状态矢量,2.过滤：加权组合第k时的预测信息和测量信息

4、,估计k状态矢量信息,3.平滑：用全部时刻n(nk)的测量信息回推, 估计k时刻的状态,径迹精细修正 NUMF, Multiple scattering, Energy loss ,我们开发了五个不同用处的程序块，现已经用于物理分析中,MDC 径迹拟合,1.分析流程：filter单向由外往里, 输出IP点参数，用于物理分析 2.刻度流程：双向filter迭加, 输出每点径迹参数 3.平滑流程：输出每个击中层以及最外点径迹参数、每小段的飞行时间总和，用于dE/dx刻度，外推, TOF刻度等 4.宇宙线校准流程：用于校准流程，将宇宙线进行连接并进行拟合 5.次级顶点重建工具：ExtToSecond

5、VertexTool按照用户指定的位置拟合.,MDC 径迹拟合基本性能 by 0.3GeV cos=0.83,* MDC 信号道数(信号数): 6796,三 MDC 时间刻度,* 要达到空间分辨130m, 动量分辨 0.5%1GeV/c,时间刻度的任务与方法(反复叠带，逐渐逼近),数据样本：通常用Bhabha或dimu事例,刻度理论模型: 径迹残差法,Dmeas：径迹与信号丝间的测量距离,Dtrack: 拟合径迹与信号丝的距离(拟合距离）, i： 该测量点的权重(空间分辨）,* X-T关系刻度,* T0刻度,* 时幅关系刻度,* 几何位置校,刻度流程,小单元漂移室中电子漂移特性 单元内电场分布

6、不均匀导致了电子漂移速度的非均匀 信号丝附近，电场较强，漂移速度较大 随着漂移距离的增大，电场逐渐减弱，漂移速度也逐渐减小 单元边界，漂移线严重弯曲，因而随着漂移距离的增大漂移时间迅速增大,磁场下电子漂移线等时线图,X-T关系刻度原因,MDC 时间刻度,X-T关系刻度方法 时间谱积分法 d-T迭代法,X-T 关系函数 采用5 阶多项式 1阶多项式,漂移时间与漂移距离的关系,漂移时间分布,T0刻度方法和原理,MDC 时间刻度,* 对时间分布前沿进行拟合，得到T0的初始值,时幅关系刻度,T0 的初步确定,信号脉冲幅度引起时间游动,如果用二次函数描述信号上升沿：,* 径迹残差法对各丝层、单丝修正T0

7、，反复 叠带，逐渐逼近,得出时间游动：,实际情况中只能测量信号的电荷量Q，只能假设 Vt Q ，使用如下函数来修正时间游动：,单丝位置刻度: 残差分布方法,MDC 几何位置校准,漂移室端面板校准参数,MDC 时间测量主要性能现状,动量分辨:11.4 MeV/c 空间分辨: 134 m 正负电贺对称性5MeV/c 径迹空间分布正常 径迹质量稳定性好,sP = 11.4MeV/c,from J/psi Bhabha,from J/psi Bhabha,from J/psi Bhabha,e+/e- momentum vs run,Spatial resolution vs run (Bhabha)

8、,P vs phi,四 dE/dx 粒子鉴别,dE/dx 粒子鉴别原理和方法,dE/dx 刻度,修正dE/dx值的不一致性: 带电粒子的电离特性;信号丝气体放大的不均匀性; MDC磁场的不 均匀性;取数过程环境温度、压强等条件的变化等,dE/dx 刻度项目,单丝级别刻度（只用电子样本刻度）,* 径迹长度修正,* run by run 修正外界环境影响，如气压、温度等,* 单丝增益：修正单元电场非均性、电子学增益差异,* 漂移距离和入射角联合修正,径迹级别刻度 (用各种粒子样本做刻度):,* 空间电荷效应的修正,* dE/dx 能损曲线刻度,* dE/dx 的刻度,拟合函数dE/dx=f()*g

9、(sin)*h(Nhit)*I 使用bhabha数据样本得到拟合函数: g, h 和i : 利用强子样本得到 ( 与dE/dx能损曲线相似) ：f, K P,MDC dE/dx测量主要性能现状,dE/dx6%(for ) 3 / 分离760MeV/c,总结,在3年左右时间我们完成了MDC数据处理程序的（事例起始时间计算，径迹寻找，径迹拟合，离线刻度，dE/dx粒子鉴别）五个系统的设计、编程和调试.,经过BESIII 实验数据的调试和运行，证明了五个系统设计达到了实际指标，基本满足物理分析的要求。,更加精细的调整和参数的优化工作还将继续进行,谢谢各位,BESIII 探测器,MDC 时间测量数值T

10、DC不是漂移时间,通过TDC测量到的原始时间并不等同于漂移时间，其中包含： TES: 事例起始时间 (EsTimeAlg) Tflight：粒子的飞行时间（重建中计算并修正） Tdrift：漂移时间 Tprop：信号在丝上的传播时间（重建中计算并修正） Twalk：信号幅度差异引起的时间游动 时幅关系刻度 Telec：信号在电子学通道上的传输时间 T0刻度,BESIII数据处理流程,在线事例选择,MC Data generator simulation,离线刻度 calibration,原始数据,重建数据(DST),数据分类,事例重建 reconstruction,物理分析,重建数据(Rec)

11、,北京谱仪,数据获取,数据处理,mc数据产生,BESIII事例重建过程顺序,Event Data Flow,MC 数据,实验数据,物理分析,Calibration Framework,Framework is based on GLAST s scheme,The calibration constants for each sub-detector are produced by the associated calibration algorithm The framework provides reconstruction algorithms a standard way to obt

12、ain the calibration data objects,MDC Tracking Module(1) R- Tracking & S-Z finding,3) S-Z calculation in Z finding,2) Segment Finding (TSF),1) Conformal transformation,1）Segment finding: Search segments in each super-layer using a pattern look-up table,2）Track link (S-Z finding) add stereo segments,W

13、ires 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 finding,a) Create Hit pattern by MC: * 4 hit pattern * 3 hit pattern,c) Link segments to 2D tracks,R - 平面径迹园拟合(非迭代拟合), S-Z平面