Uniformity of the energy response of the ATLAS hadronic Tile calorimeter to cosmic muons

Tese de mestrado, Engenharia Física, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2010TileCal is the ATLAS barrel hadronic calorimeter. It’s a sampling calorimeter of scintillating tiles in a steel matrix with the goal of measuring the position and energy of particle jets with an optimized performance. It went through several tests since its installation in the ATLAS cavern, particularly involving the commissioning of the calorimeter with cosmic ray muons. I used the TileMuonFitter algorithm that reconstructs the muon track using only the cells from TileCal and calculating the crossed path length, it gives the average energy loss of the muon for each detector layer. Detailed studies were carried out to establish the selection cuts and to determine the systematic uncertainties associated to each of them. Two different datasets were used: ID-COMM, that requires a track in the Inner Detector; and RPC that didn’t require this constraint. The results obtained were 5 % higher than in previous studies but, with a energy loss agreement with the simulations within of 3 % , it was able to confirm, although with larger uncertainties, the good setting of the EM scale for layers A and BC. Also in agreement with previous results, there was an indication of a possible layer miscalibration since layer D, for the Long Barrel presented a higher energy loss value. The repeatability and the reproducibility of the TMF method were both tested by comparing the results for different runs and in the two datasets: for LB both values were within 1 %. For EB the results were less conclusive, within 2.5 % and 5-10 % respectively. A uniformity of the energy response variation over Ø of ± 2 %, using ID-COMM, was obtained for layer A in LB for 36 of the 49 modules present in the study. A full coverage was obtained, using RPC, for layer A in LB with a uniformity of ± 5 %. Also using RPC, 78,4 % of the 384 TileCal modules were present in the study and only 6 didn’t comply with the detector requirements (10 %).O TileCal é o calorímetro hadrónico barril do ATLAS. É um calorímetro de amostragem com telhas cintilantes numa matriz de aço optimizado para a medição da posição e energia de jactos de partículas. OTileCal foi submetido a vários testes desde a sua instalação na caverna do ATLAS, particularmente a certificação do detector com muões cósmicos. Usei o algoritmo TileMuonFitter que reconstrói o traço do muão utilizando apenas as células do TileCal e, obtendo também as suas energias, calcula a perda de energia para cada camada radial do detector. Foi feito um estudo para determinar os cortes de selecção a aplicar e determinado a incerteza sistemático associado a cada corte. Foram utilizados dois conjuntos de dados: ID-COMM,emque se requer que o muão passe no Detector Interno de ATLAS; e RPC sem esta restrição. Os resultados obtidos foram 5 % acima dos anteriores, mas com um valor para a perda de energia 3 % dentro do previsto por simulações, confirmou a escala EM para as camadas A e BC (embora com erros maiores). Além disso, demonstrando um acordo com os resultados anteriores, prevê a existência de uma má calibração da camada D, pois esta apresenta um valor superior às restantes. Foram testadas a repetibilidade e a reprodutibilidade do método TMF: no LB ambos os valores foram de 1 % e no EB os resultados foram de 2.5 % e 5-10 %, respectivamente. Utilizando os dados ID-COMM, a uniformidade obtida para a camada A no LB foi de 1 %, para 36 dos 49 módulos presentes. Foi ainda obtida cobertura total, utilizando os dados RPC, para a camada A no LB com uma uniformidade melhor que 5 % e foi conseguido que 78.4 % dos 384 módulos do TileCal estivessem presentes neste estudo, sendo que apenas 6 não cumpriam as especificações do detector (10 %)