German Title: Inbetriebnahme, Kalibrierung und frühe Leistung des LHCb Scintillating Fibre Trackers

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Abstract

The LHCb detector has undergone a major upgrade for Run 3 of the LHC enabling it to operate at a five times higher instantaneous luminosity and to read out the entire detector at a frequency of 40 MHz, corresponding to the bunch crossing frequency of the LHC. The main tracking stations of the spectrometer were replaced by the Scintillating Fibre (SciFi) Tracker, a large, high granular tracking detector based on 250 μm scintillating fibres readout by arrays of silicon photomultipliers (SiPMs). The SiPM signals are processed and digitised by a custom ASIC at 40 MHz. Further digital electronics perform clustering and data compression before sending the data via optical links to the data acquisition system. This thesis describes the LHCb SciFi Tracker and the commissioning of its front-end electronic. It highlights the calibration of the frontend ASICs’ detection thresholds, a crucial task to ensure the detector’s optimal performance. It is shown that, following the calibration of the detection thresholds, the detector achieves a hit detection efficiency of 99 % and a single hit resolution of <100 μm while maintaining a sufficiently low noise rate.

Translation of abstract (German)

Der LHCb-Detektor wurde für Run 3 des LHC einem umfassenden Upgrade unter- zogen, um den Betrieb bei einer fünfmal höheren Luminosität und das Auslesen des gesamten Detektors mit einer Frequenz von 40 MHz, entsprechend der Kollisions- rate am LHC, zu ermöglichen. Die Hauptspurkammern des Spektrometers wurden durch den Scintillating Fibre (SciFi) Tracker ersetzt, einen großen, hochgranularen Detektor basierend auf 250 μm szintillierenden Fasern, die von Arrays von Silizium- Photomultipliern (SiPMs) ausgelesen werden. Die Signale der SiPMs werden von einem eigens dafür entwickeltem ASIC mit einer Frequenz von 40 MHz verarbeitet und digitalisiert. Weitere digitale Elektronik führt ein Clustering und Datenkompressi- on durch, bevor die Daten über optische Verbindungen an das Datenerfassungssystem gesendet werden. Die vorliegende Arbeit präsentiert den LHCb SciFi Tracker und die Inbetriebnahme seiner Frontend-Elektronik. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Kalibrierung der De- tektionsschwellen des Frontend-ASICs, welche eine entscheidende Aufgabe darstellt, um die optimale Funktionsweise des Detektors zu gewährleisten. Es wird gezeigt, dass der Detektor durch die Kalibrierung der Detektionsschwellen eine Nachweiseffizienz von 99 % und eine Ortsauflösung von <100 μm erreicht, während gleichzeitig eine ausreichend niedrige Rauschrate beibehalten wird.