Report on the ALICE work at CERN Takashi Iwasaki Local lab meeting 2019/4/25 Local Lab meeting

期間 場所 要件 1月14日～3月11日 スイス、ジュネーブ、CERN研究所 Hardware work Software work Airtight flange作成 Software work Off vertex π0 study Gamma efficiency calibration 2019/4/25 Local Lab meeting

Quark lab special Meeting Takashi Iwasaki What can I do at CERN? Week 47 (‘08) 11/18～ Week 7 (‘09) 2/9～ Week 10 3/2～ Week 15 4/6～ 5/1～ removal of PHOS#2(complete) PHOS I installation PHOS II installation PHOS III installation LHC restart 現在LHCは休止、復旧作業中。そこでPHOSはLHC再稼働までにcoldにしたものを3機installする予定 ここで問題になってくるのはPHOSを冷却するための容器のair-tight 前回は容器が完全に密閉されていなかったためPHOS実機がびしゃびしゃになってしまった 実際は、このスケジュールからは遅れてPHOSのinstallは5/11に予定している 2019/4/25 Quark lab special Meeting Takashi Iwasaki

Quark lab special Meeting Takashi Iwasaki 今回は以下のような容器で万全を期す LV/HV－feed-through RCU/GTL－feed-through PHOS冷却容器 Feed-through 気密性を損なうことなく外部と内部を接続するための接続子 今回の滞在で達成すること RCU/GTL－feed-through、HV/LV－feed-throughの作成及び動作チェック InstallされたPHOSからデータが採れていることを確認 2019/4/25 Quark lab special Meeting Takashi Iwasaki

Airtight flange GTL flange Network/Power flange PCB : Dieter Al parts : 杉立先生 for 30 flanges ※PHOSケース3モジュール分に対して24flangeが必要 GTL flange PCB : Bernhard Al parts : 杉立先生 for 18 flanges ※ PHOSケース3モジュール分に対して12flangeが必要 gasket PHOS冷却ケースとflangeの間にはゴム製のガスケットを用いて気密性を保つ 2019/4/25 PHOS Meeting Takashi Iwasaki, Ayako Hiei, Yuji Tsuchimoto, Toru Sugitate

PCB design GTL PCB Network/Power PCB 33.5 130 24 12 17.5 15 31.5 20 The version at slide by D.Budnikov, “Status of the PHOS feed-through (ver.4) (mechanical design) “ at October 08’ Hans‘s design July 2008 29.5 unit : mm GTL PCB 問題点：PCBの厚さが設計より1.4mm薄い 解決策：スペーサー Network/Power PCB 問題点1：タブの長さが違う 解決策：スペーサー 問題点2：ねじ穴の位置が上下の中心に来てない 解決策：タブを2mm削る Power/Network flangeの順番変わったよ Network/Power PCB 2019/4/25 Local Lab meeting

Airtight flangeを作る前に Flangeに用いられるNetwork/Power PCBに対して電流を流して耐久性のテストを行った 直流電源から5V 10Aの電流を長時間流しPCBが破損したり、異常に熱をもったりしないか確認した 全系統(①～⑭：GNDを除く)に対して2時間の導通テスト デジタル信号、アナログ信号それぞれにおいて最大の電流が流れるもの(D:④、A:⑤)について8時間の導通テスト 特に異常なし 2019/4/25 Local Lab meeting

Flange作成 帰国までに作成できたのは Network/Power flange×8、GTL flange×0 DieterからNetwork/Power PCBは8flange分、BernhardからGTL PCBは試作型1flange分しか受け取れなかった PHOS 1 moduleにはNetwork/Power flange×8、GTL flange×4必要 残りのGTL flange×4は僕の帰国後、杉立さん、志垣さん、鳥井さんの手により作成されました。多謝 2019/4/25 Local Lab meeting

Test benchを使っての動作テスト 実際に作ったflangeをTest benchにつなげて電源が入るか、読み出しが行えるか確認した 電源は正常に入り、24時間稼働させても異常はなかった 読み出しを行うことはできなかったが、去年の8月にしたstress testを行い、正常に動作することを確認した。 Stress test---FEE、Altroチップ内のレジスターに値を書き込み、同じ値を読み出せるかのテスト 2019/4/25 Local Lab meeting

以上までがセルン滞在中にしたことですが、その後 帰国後、flangeに用いるガスケットを新調し、セルンに送った 当初予定していたガスケットでは材質が固いため気密性の保持が難しいのではという判断 LEDを用いた読み出しテストを鳥井さんが行い、10個の疑わしいchが見つかった 現在PHOS module3は冷却ケースの中にあり、各フランジは取り付けられているが・・・ !? 2019/4/25 Local Lab meeting

off vertex π0 contribution 衝突により生じた荷電粒子が他の物質との相互作用により生じさせるπ0 charge exchange process　　　　　(ex. π++X(detectors)→π0+X+) elastic scattering 　　　　　　　　　　(ex. p+π0(in X)→p+π0) 衝突から生じるπ0(real π0)に対するoff vertex π0の寄与を推測する real π0 yield estimation Pythia simulationから得る off vertex π0 yield estimation Single particle simulationから荷電粒子とoff vertex π0の関係を求め、衝突から生じる荷電粒子の収量をPythia simulationから得る 2019/4/25 Local Lab meeting

Simulate single π±/K±/p/anti-p/n/anti-n 2.5M events 0 ~ 50GeV/c (flat distribution) with default ALICE geometry φ：220°～320°, η：-0.3～0.3 off vertex π0が測定されたとき以下の量をfill X軸：生成したsingle particleのpT(GeV/c) Y軸：測定されたoff vertex π0のpT(GeV/c) ここでX軸の各ビンごとに衝突から生じる荷電粒子の収量を重みとして掛け、衝突から生じる特定の荷電粒子から生じるoff vertex π0の収量を求める 各荷電粒子ごとに求めたoff vertex π0を足し合わせて衝突から生じる合計のoff vertex π0とする。 π+ π－ Projection　X Projection　Y 2019/4/25 Local Lab meeting

π0(off vertex)/π0(real) ratio （π±, K±, K0L, p, anti-p, n, anti-n) x-axis：pT [GeV/c] y-axis：π0(off vertex)/ π0(real) pT：0 – 30[GeV/c] 以下のようにK0Lについては仮定した K0L = 0.5K++0.5K－ 誤差 内側：統計誤差 外側：系統誤差 系統誤差 π±・・・10% K±,K0L・・・30% p,anti-p,n,anti-n 　・・・50% Geant・・・50% 総合して系統誤差は58% 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

off vertex π0 off vertex π0のreal π0に対する寄与は約0.04%でその系統誤差は58％である。 この効果はほかの効果(conversion loss等)と比べてはるかに小さく、その精度はπ0の測定精度と比較してはるかに良い値を持つ The contribution of off vertex π0 is estimated at about 0.04%. And, its systematic error is 58%. This contribution is much smaller than the another effect(ex Conversion loss, etc). And it’s accuracy is much better than that of π0 measurement. 2019/4/25 Local Lab meeting

ALICE実験PHOS検出器を用いた光子測定準備 Gamma efficiency calibration Simulation activity 中性π中間子が光子へ崩壊することを利用した光子同定効率の評価法を確立した。 dispersion---クラスターの広がり、大きさを表す指標 Major axis---右図のようにクラスターを考えたときに長径の長さを表す指標 Minor axis---右図のようにクラスターを考えたときに短径の長さを表す指標 PID---クラスターが光子である確率 NCells---クラスターを構成するクリスタルの数 sphericity--- Major axis Minor axis クラスターの模式図 2019/4/25 ALICE実験PHOS検出器を用いた光子測定準備

ALICE実験PHOS検出器を用いた光子測定準備 アイデア：中性π中間子の崩壊からくる光子のサンプルを用いてcluster shapeのパラメータを得る。 中性π中間子の不変質量ピークを足し合わせることで光子を数えた。無相関なバックグラウンドは統計的手法で差し引いた。 Dispersion 1.9-2.0 1.8-1.9 1.7-1.8 1.6-1.7 1.5-1.6 1.4-1.5 p-p 10TeV simulation 2019/4/25 ALICE実験PHOS検出器を用いた光子測定準備

ALICE実験PHOS検出器を用いた光子測定準備 Photon probability black： 予想分布 red：p-p 10TeV collisionのsimulationにおいて選別したphoton　sample 光子の選別効率を5%の精度で求めることができる方法を確立した。 2019/4/25 ALICE実験PHOS検出器を用いた光子測定準備

まとめ Airtight flangeに用いられるPCBについて対電流テスト行い正常に動作することを確認した。 CERNに届いたPCB分だけAirtight flangeを作成し、test benchを用いて動作確認をした。 この時点でデータ読み出しは行えなかったが、のちに鳥井さんが行った。 off vertex π0のreal π0に対する寄与は約0.04%で、その系統誤差は58％であると見積もった。 光子の選別効率を5%の精度で求めることができる方法を確立した。 2019/4/25 Local Lab meeting

2019/4/25 Local Lab meeting おわり

Back up 2019/4/25 Local Lab meeting

2019/4/25 Local Lab meeting

2019/4/25 Local Lab meeting

summary Reminder Simulation conclusion Simulate single π±/K±/p/anti-p/n/anti-n 2.5M events at each particle 0 ~ 50GeV/c (flat distribution) Calculate the π0(off vertex)/π0(real) ratio conclusion 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Reminder Off vertex π0 Created at other materials charge exchange process　　　　　(ex. π++X(detectors)→π0+X+) elastic scattering 　　　　　　　　　　(ex. p+π0(in X)→p+π0) Estimate the contribution of the off vertex π0 for the π0(which comes from collision[real π0]) measurement. 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Reminder Generate a single particle with Geant and obtain the pT distribution of off vertex π0. π+ π- K+ K- proton anti-proton neutron anti-neutron Generate a single particle with Geant and obtain the pT distribution of off vertex π0. pT distribution of π0 (10GeV single particle 100k event) φ：220-320 η：-0.3-0.3 141 150 85 114 176 236 170 131 Entries 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Simulation Simulate single π±/K±/p/anti-p/n/anti-n 2.5M events at each particles 0 ~ 50GeV/c (flat distribution) with default ALICE geometry φ：220°～320°, η：-0.3～0.3 Create a 2-dimension histogram x axis : pT of the generated particle when off vertex π0 was detected at the PHOS[GeV/c] y axis : pT of the measured off vertex π0[GeV/c] Off vertex π0がPHOSにおいて検出されたときイベントジェネレータによって生成された粒子のpTをfillした。 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

single π± π+ Projection X Red line : π+ Blue line : π－ Projection Y π－ From this result, calculate the π0(off vertex)/π0(real) ratio. Other results can be seen at the back up 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Calculate the π0(off vertex)/π0(real) ratio From the π0 cross section, I obtain the yield of real π0(To be exact, the value which is proportional to the yield of π0. But, It doesn’t affect to the ratio). Using this π0 yield[Nπ0(pT)], I calculate the several particle yield[Nparticle(pT)]. Cross section left : only π0, right : several particle pythia simulation : p-p 10TeV collisions Hisa presents 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Calculate the π0(off vertex)/π0(real) ratio Ratio of hadrons to π0 pythia simulation :p-p 10TeV collisions Hisa presents Multiplying the fitting function of the ratio of hadrons to π0 by Nπ0(pT) , I obtain the yield of particle. ― π+, π－ ― K+, K－ ― p, anti-p, n, anti-n 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Calculate the π0(off vertex)/π0(real) ratio x-axis : pT of the generated π+ when off vertex π0 was detected at PHOS y-axis : pT of the measured off vertex π0 Project 2-dimension histogram to y-axis and obtain the off vertex π0 pT distribution. This projection was done for each x-bin(1-50GeV), and 50 histograms are created. The next step is to scale these histogram by Nπ+(pT)/50k. close up Projection Y ⓪ ① ④ ③ ⑤ ② ⑦ ⑥ ⑩・・・・ ⑨ ⑧ Nπ+(pT) 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

→each histograms should be divided by 50k. Projection Y ⓪ ① ④ ③ ⑤ ② ⑦ ⑥ ⑩・・・・ ⑨ ⑧ In this simulation, 2.5M π+ was generated, so 50k π+ was generated in each pT bin(1GeV/1bin). →each histograms should be divided by 50k. 50000 ① ⑩ ⑨ ⑧ ⑦ ⑥ ⑤ ④ ③ ② ⓪ ⑪ The total sum for each scaled histogram is the yield of off vertex π0. (scaled by Nπ+(pT)/50k) Calculate the yield of off vertex π0 for each particle(π±, K±, p, anti-p, n, anti-n) and sum them. In this simulation, 2.5M π+ was generated, so 5k π+ was generated in each pT bin(1GeV/1bin). 2019/4/25 pT distribution of off vertex π0 (each bin) PHOS analysis meeitng

π0(off vertex)/π0(real) ratio （π±, K±, K0L, p, anti-p, n, anti-n) x-axis：pT [GeV/c] y-axis：π0(off vertex)/ π0(real) pT：0 – 30[GeV/c] Assumed that K0L = 0.5K++0.5K－ Error bar inside：statistic error outside：systematic error systematic error π±・・・10% K±,K0L・・・30% p,anti-p,n,anti-n 　・・・50% Geant・・・50% The reason why don’ use over pT 30GeV/c. Shortage of the statistics. The contribution from over 50 is unconsidered. 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

π0(off vertex)/π0(real) ratio （π±, K±, K0L, p, anti-p, n, anti-n) Fit the data with statistic error by constant function (pT:5 – 30GeV/c) 3.77×10-4±0.09×10-4 0.04% of off vertex π0 contribute to π0 measurement. 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Systematic error / (π0[off vertex] / π0[real] ratio) Systematic error is 58% to π0[off vertex] / π0[real] ratio. 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Conclusion The contribution of off vertex π0 is estimated at about 0.04%. And, its systematic error is 58%. This contribution is much smaller than the another effect(ex Conversion loss, etc). And it’s accuracy is much better than that of π0 measurement. －fin 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Back up 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Invariant mass Ex) single π+ 2.5M events pT：0 – 50GeV/c with default ALICE geometry φ：220°～320°, η：-0.3～0.3 Invariant mass coordinates(0,0,0) Calculate the invariant mass on the following conditions Cluster energy > 0.1GeV(for both the clusters) The particle that makes the cluster is a photon(for both the clusters) Select 2 clusters coming from a π0. Assume that the π0 decay at (0,0,0). 52433 π0 fulfill the condition Assume that the π0 decay at (0,0,0). →Opening angel is estimated smaller than true opening angle. → Invariant mass shifts to smaller than nominal π0 mass. transverse axis：invariant mass(GeV) longitudinal axis：Number of π0 Entries:52433 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Mass vs π0 Vertex Ex) single π+ 2.5M events pT：0 – 50GeV/c with default ALICE geometry φ：220°～320°, η：-0.3～0.3 Mass vs π0 Vertex projectionX TRD+TOF TPC Beam pipe +ITS transverse axis:invariant mass longitudinal axis: distance between coordinates(0,0,0) and the vertex of π0 The vertex of π0 can be confirmed at the position of some detectors. Vertex cannot be confirmed with TPC because the inside is filled with a gas. 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Ex) single π+ 2.5M events pT：0 – 50GeV/c with default ALICE geometry φ：220°～320°, η：-0.3～0.3 When off vertex π0 is generated at beam pipe and ITS, the invariant mass has the value of 135MeV around. Invariant mass：0.10GeV－0.16GeV Calculate pT pT distirbution of π0(0.10<invm<0.16) transverse axis：pT(GeV/c) longitudinal axis：Number of π0 Entries:7262 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Reason for range φ：220°～320°, η：-0.3～0.3 In order to estimate the contribution of π0 that not created in the direction of PHOS… φ：0°～360°, θ：0.04°～179.96°(η: -8～8) The number of event 191.6k Default ALICE geometry in aliroot (cold PHOS, 5 modules) Single pi+ 10GeV/c Eta vs phi distribution of created π+ transverse axis：pseudo rapidity(η) longitudinal axis：azimuthal angle(φ) Entries:191.6k 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Reason for range φ：220°～320°, η：-0.3～0.3 ② ① ③ ④ Eta vs phi distribution of created π+ (various condition) transverse axis：pseudo rapidity(η) longitudinal axis：azimuthal angle(φ) ① π0 is created Entries:198658 ② at least a photon from π0 hits PHOS Entries:2322 ③ both two photons from π0 hits PHOS ( cluster energy > 0.1GeV ) Entries:149 ④ both two photon from π0 at PHOS ( cluster energy > 0.1GeV ) (0.10 < invm < 0.16) Entries:20 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Reason for range φ：220°～320°, η：-0.3～0.3 The off vertex π0 is misidentified as a real π0. Entries 20 Eta vs phi distribution of created π+ (condition ④) transverse axis：pseudo rapidity(η) longitudinal axis：azimuthal angle(φ) Only the shielded η-φ area can produce the misidentified π0 From this result, simulation was done following condition φ：220°～320°、η：-0.3～0.3(black line) (red line is the geometry of PHOS) 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

single K± 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

single proton/anti-proton 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

single neutron/anti-neutron 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

pT distribution of off vertex π0 Red:π+ Blue:π- Red:K+ Blue:K- Red:neutron Blue:anti-neutron Red:proton Blue:anti-proton 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

π0(off vertex)/π0(real) ratio （π±, K±, K0S, p, anti-p, n, anti-n) 2019/4/25 PHOS analysis meeitng

Gamma Efficiency Calibration Photon selection method cluster A cluster B Select two clusters at the PHOS cluster A cluster B Cluster pair cluster A Photon like cluster If this cluster pair fulfills the following, calculate its invariant mass. Energy asymmetry ≦ 0.8 Transverse momentum ≧ 1.0GeV/c If this cluster fulfills the following, determine it as a photon like cluster. Cluster energy --- 0.5GeV－2.0GeV Built an algorithm which determines the photon clusters from the all clusters which is made at the PHOS. create 2-demension histograms Cluster shape parameters (photon like cluster) vs invariant mass (cluster pair）

Details of calibration method Ex) dispersion X-axis：invariant mass Y-axis：dispersion Y-zxis：number of cluster X-axis：invariant mass Project this histogram to Y-axis by each dispersion bin Here, I will explain about 1.4 - 2.0 of dispersion range The range of dispersion 1.4～1.5 1.5～1.6 1.6～1.7 1.7～1.8 1.8～1.9 1.9～2.0

Assuming that the left histograms are the sum of Gauss function and linear function. Y-axis：number of cluster pair X-axis：invariant mass The range of dispersion 1.4～1.5 1.5～1.6 1.6～1.7 1.7～1.8 1.8～1.9 1.9～2.0

① ② ③ Considering the region below the red line of ② is equal with (①＋③)÷2 Region below the red line ② 　　　　①　　　　　　　　③ N(0.12-0.13) (N(0.09-0.10)+N(0.15-0.16))÷2 N(0.13-0.14) (N(0.10-0.11)+N(0.16-0.17))÷2 N(0.14-0.15) (N(0.11-0.12)+N(0.17-0.18))÷2 dispersion : 1.7-1.8 Y-axis：number of cluster pair X-axis：invariant mass

neglected Y-axis：invariant mass X-axis：dispersion ① ② ③ at the region which is surrounded by the green dot line (disp : 1.7-1.8), I calculated ②－(①+③)÷2 and projected it to x-axis. At last, I obtained the point (disp : 1.7-1.8) which surrounded by the green line. neglected Y-axis：probability X-axis：dispersion

Comparison the photon cluster shapes Pythia simulation vs single photon simulation black： single photon simulation red： Pythia simulation Dispersion M02 M20 Photon probability Number of cells Sphericity Comparison of the photon cluster shapes between the two simulations has a good consistency.

Single photon simulationとpythia simulationの比較 [pythia simulation]－[single photon simulation] photonの選別効率を5%の精度で求めることができる方法を確立した ALICE実験PHOS検出器を用いた光子測定準備 2019/4/25