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Software Alignment of the LHCb Outer Tracker Chambers

Deissenroth, Marc

German Title: Software basierte Ausrichtung der äußeren Spurkammern des LHCb Detektors

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Abstract

This work presents an alignment algorithm that was developed to precisely deter- mine the positions of the LHCb Outer Tracker detector elements. The algorithm is based on the reconstruction of tracks and exploits that misalignments of the detector change the residual between a measured hit and the reconstructed track. It considers different levels of granularities of the Outer Tracker geometry and fully accounts for correlations of all elements which are imposed by particle trajectories. In extensive tests, simulated shifts and rotations for different levels of the detector granularity have been used as input to the track reconstruction and alignment procedure. With about 260 000 tracks the misalignments are recovered with a statistical precision of O(10-100 µm) for the translational degrees of freedom and of O(0.01-0.1 mrad) for rotations. A study has been performed to determine the impact of Outer Tracker misalignments on the performance of the track reconstruction algorithms. It shows that the achieved statistical precision does not decrease the track reconstruction performance in a significant way. During the commissioning of the LHCb detector, cosmic ray muon events have been collected. The events have been analysed and used for the first alignment of the 216 Outer Tracker modules. The module positions have been determined within about 90 µm. The developed track based alignment algorithm has demonstrated its reliability and is one of the core algorithms which are used for the precise determination of the positions of the LHCb Outer Tracker elements.

Translation of abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit wird ein Algorithmus vorgestellt, der entwickelt wurde um die Positionen der äußeren Spurkammern des LHCb Detektors exakt zu be- stimmen. Der Algorithmus basiert auf der Rekonstruktion von Spuren und nutzt die Tatsache, daß Verschiebungen der Spurkammern das Residuum zwischen einem Messpunkt und der rekonstruierten Spur verändern. Der komplexe Aufbau der Spurkammern, bestehend aus verschiedenen Detektorkom- ponenten, wird berücksichtigt und die durch Spuren hervorgerufenen Korrelationen zwischen den Komponenten werden berechnet. Umfangreiche Studien haben gezeigt, daß simulierte Verschiebungen des Detektors mit einer statistischen Präzision von 10-100 µm für Translationen und 0.01-0.1 mrad für Rotationen bestimmt werden können (260 000 Spuren). Der Einfluss von Verschiebungen der äußeren Spurkammern auf die Qualität der Spurrekonstruktion wurde untersucht. Mit der erreichten statistischen Genauigkeit sind keine signifikanten Effekte auf die Qualität der Rekonstruktion zu erwarten. Während der Inbetriebnahme des Detektors wurden Spuren von kosmischen Myonen aufgenommen. Die Daten wurden analysiert und zur Ausrichtung aller 216 Spurkammern verwendet. Die Positionen der Kammern konnten mit einer Genauigkeit von ungefähr 90 µm bestimmt werden. Der entwickelte spurbasierte Algorithmus ist einer der Hauptalgorithmen, die zur präzisen Bestimmung der Positionen der äußeren Spurkammern des LHCb Experimentes verwendet werden.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Uwer, Professor Ulrich
Date of thesis defense: 21 April 2010
Date Deposited: 28 Apr 2010 14:24
Date: 2010
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: LHCb , Spurkammer , AusrichtungLHCb , Alignment , Outer Tracker
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