BESIIIMDC事例重建課件ppt課件

1、BESIII MDC 事例重建事例重建2021年年 8月月17日日中國(guó)科學(xué)院高能物理研討所中國(guó)科學(xué)院高能物理研討所毛澤普毛澤普中國(guó)科學(xué)院中國(guó)科學(xué)院“核探測(cè)技術(shù)與核電子學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室核探測(cè)技術(shù)與核電子學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 徑跡尋覓徑跡尋覓 徑跡擬合徑跡擬合 時(shí)間刻度時(shí)間刻度 dE/dx粒子鑒別粒子鑒別 總結(jié)總結(jié) 一一 徑跡尋覓徑跡尋覓 43絲層(24S +19A) BESIII MDC 構(gòu)造構(gòu)造 6796 信號(hào)絲信號(hào)絲 XY = 130 m, Pt/Pt = 0.5 %(1 GeV) dE/dx 分辨分辨 0.6-0.7%MDC 事例重建系統(tǒng)事例重建系統(tǒng)徑跡屬性徑跡屬性:空間位置空間位置

2、動(dòng)量動(dòng)量電荷電荷 粒子種類(lèi)粒子種類(lèi) . MDC Event Rec.Hit wire IDTDC(時(shí)間時(shí)間) B(磁場(chǎng)磁場(chǎng))Event TestTrackingKalman fit dE/dx PID事例起始時(shí)間計(jì)算事例起始時(shí)間計(jì)算我們開(kāi)發(fā)了五種獨(dú)立的方法共同完我們開(kāi)發(fā)了五種獨(dú)立的方法共同完成事例起始時(shí)間計(jì)算成事例起始時(shí)間計(jì)算: :1 MDC1 MDC徑跡徑跡TOFTOF匹配法匹配法2 EMC & TOF2 EMC & TOF匹配法匹配法3 MDC3 MDC徑跡段直線擬合法徑跡段直線擬合法4 MDC4 MDC徑跡法徑跡法5 MDC5 MDC徑跡擬合方法徑跡擬合方法 效率：效率：

3、 Bhabha，dimu：99.8% Hadron: 99.6% Cosmic：99.9% 誤判率誤判率1% 時(shí)間分辨時(shí)間分辨: 0.3ns0.4nsMDC 徑跡快重建徑跡快重建 xy 100um z 4mm p 56MeVEff=99% xy 100um z 4mm p/p 56MeVFast, simple tracking for Test 在均勻z向磁場(chǎng)中(BX = BY = 0, Bz=C) 帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡( (圓柱螺旋線圓柱螺旋線Z)Z)描畫(huà)：描畫(huà)：X(s) = x0 + Rcos(X(s) = x0 + Rcos(0+hs0+hscoscos/R) -/R) -

4、coscos00Y(s) = y0 + Rsin(Y(s) = y0 + Rsin(0+hs0+hscoscos/R)-/R)-sinsin00Z(s) = z0 + sZ(s) = z0 + ssinsin x-y 平面投影平面投影: 園園 (d2X/ds2=cos2 /Rh )MDC 徑跡尋覓徑跡尋覓 在一個(gè)特定的參考系中徑跡參數(shù)為在一個(gè)特定的參考系中徑跡參數(shù)為: = (d , , , dz, tan )T , d : signed distance of helix from pivot in x-y plane, : The azimuthal angle to the helix c

5、enter, : 1/pt, dz: signed z distance of the helix from pinot in the z direction, tan: the slope of the track, : dip angle 擬合方法擬合方法 (Least Square Method) 2 = ( i/ i)2, i=1, nhits ; i =d(xi( i) di ( i = dfi - dmi ) 徑跡屬性徑跡屬性:Pt = 1/|, Px = (1/| ) (-sin(0 + ),Py = (1/| |) cos( 0 + ), Pz =( 1/| |) tan E

6、=(1/2) ( 2 2 / (T ) -1MDC 徑跡尋覓徑跡尋覓我們開(kāi)發(fā)了兩套獨(dú)立的徑跡尋覓程序我們開(kāi)發(fā)了兩套獨(dú)立的徑跡尋覓程序: MdcPatRec : MdcPatRec 和和 MdcTsfRec MdcTsfRec 兩套程序均已用于兩套程序均已用于MDCMDC的數(shù)據(jù)處置中的數(shù)據(jù)處置中, , 其原理如下其原理如下: : 當(dāng)前根本性能當(dāng)前根本性能: (from J/ Run 9947 Bhabha events )Efficiency vs P pt/pt vs P Efficiency vs angle MDC 徑跡尋覓程序根本性能徑跡尋覓程序根本性能Tracking efficien

7、cy : Barrel: 98.6%CPU for MC data: about 10 ms/track 徑跡擬合的目的：徑跡擬合的目的：二二 MDCMDC徑跡擬合徑跡擬合(Kalman-Filter(Kalman-Filter方法方法) ) Kalman-Filter 根本原理：根本原理： 對(duì)離散數(shù)據(jù)，用當(dāng)前形狀矢量預(yù)測(cè)下一個(gè)形狀矢量的對(duì)離散數(shù)據(jù)，用當(dāng)前形狀矢量預(yù)測(cè)下一個(gè)形狀矢量的LSMLSM方法方法 徑跡擬合的根本過(guò)程和原理：徑跡擬合的根本過(guò)程和原理：1.1.預(yù)測(cè)：用徑跡當(dāng)前的形狀矢量預(yù)測(cè)第預(yù)測(cè)：用徑跡當(dāng)前的形狀矢量預(yù)測(cè)第k k時(shí)候的形狀矢量時(shí)候的形狀矢量 2.2.過(guò)濾：加權(quán)組合第過(guò)濾：加

8、權(quán)組合第k k時(shí)的預(yù)測(cè)信息和丈量信息時(shí)的預(yù)測(cè)信息和丈量信息, ,估計(jì)估計(jì)k k形狀矢量信息形狀矢量信息3.3.平滑：用全部時(shí)辰平滑：用全部時(shí)辰n(nk)n(nk)的丈量信息回推的丈量信息回推, , 估計(jì)估計(jì)k k時(shí)辰的形狀時(shí)辰的形狀徑跡精細(xì)修正徑跡精細(xì)修正 NUMF, Multiple scattering, Energy loss 我們開(kāi)發(fā)了五個(gè)不同用途的程序塊，現(xiàn)曾經(jīng)用于物理分析中我們開(kāi)發(fā)了五個(gè)不同用途的程序塊，現(xiàn)曾經(jīng)用于物理分析中MDC 徑跡擬合徑跡擬合1.1.分析流程：分析流程：filterfilter單向由外往里單向由外往里, , 輸出輸出IPIP點(diǎn)參數(shù)，用于物理分析點(diǎn)參數(shù)，用于物理

9、分析2.2.刻度流程：雙向刻度流程：雙向filterfilter迭加迭加, , 輸出每點(diǎn)徑跡參數(shù)輸出每點(diǎn)徑跡參數(shù)3.3.平滑流程：輸出每個(gè)擊中層以及最外點(diǎn)徑跡參數(shù)、每小段的飛行時(shí)間總和，用平滑流程：輸出每個(gè)擊中層以及最外點(diǎn)徑跡參數(shù)、每小段的飛行時(shí)間總和，用于于dE/dxdE/dx刻度，外推刻度，外推, TOF, TOF刻度等刻度等4.4.宇宙線校準(zhǔn)流程：用于校準(zhǔn)流程，將宇宙線進(jìn)展銜接并進(jìn)展擬合宇宙線校準(zhǔn)流程：用于校準(zhǔn)流程，將宇宙線進(jìn)展銜接并進(jìn)展擬合5.5.次級(jí)頂點(diǎn)重建工具：次級(jí)頂點(diǎn)重建工具：ExtToSecondVertexToolExtToSecondVertexTool按照用戶(hù)指定的位置擬

10、合按照用戶(hù)指定的位置擬合. . MDC MDC 徑跡擬合根本性能徑跡擬合根本性能 by by 0.3GeV cos 0.3GeV cos=0.83=0.83* MDC 信號(hào)道數(shù)信號(hào)道數(shù)(信號(hào)數(shù)信號(hào)數(shù)): 6796三三 MDC MDC 時(shí)間刻度時(shí)間刻度 * * 要到達(dá)空間分辨要到達(dá)空間分辨130m, 130m, 動(dòng)量分辨動(dòng)量分辨 0.5%1GeV/c 0.5%1GeV/c 時(shí)間刻度的義務(wù)與方法時(shí)間刻度的義務(wù)與方法( (反復(fù)疊帶，逐漸逼近反復(fù)疊帶，逐漸逼近) ) 數(shù)據(jù)樣本：通常用數(shù)據(jù)樣本：通常用BhabhaBhabha或或dimudimu事例事例 刻度實(shí)際模型刻度實(shí)際模型: : 徑跡殘差法徑跡殘差

11、法( )( )2221()hitmeastracikNiiiddDmeas：徑跡與信號(hào)絲間的丈量間隔：徑跡與信號(hào)絲間的丈量間隔Dtrack: 擬合徑跡與信號(hào)絲的間隔擬合徑跡與信號(hào)絲的間隔(擬合間隔擬合間隔 i： 該丈量點(diǎn)的權(quán)重該丈量點(diǎn)的權(quán)重(空間分辨空間分辨* * X-T X-T關(guān)系刻度關(guān)系刻度* T0刻度刻度* * 時(shí)幅關(guān)系刻度時(shí)幅關(guān)系刻度* * 幾何位置校幾何位置校 刻度流程刻度流程 小單元漂移室中電子漂移特性單元內(nèi)電場(chǎng)分布不均勻?qū)е铝穗娮悠扑俣鹊姆蔷鶆蛐盘?hào)絲附近，電場(chǎng)較強(qiáng)，漂移速度較大隨著漂移間隔的增大，電場(chǎng)逐漸減弱，漂移速度也逐漸減小單元邊境，漂移線嚴(yán)重彎曲，因此隨著漂移間隔的增大漂

12、移時(shí)間迅速增大磁場(chǎng)下電子漂移線等時(shí)線圖磁場(chǎng)下電子漂移線等時(shí)線圖 X-T關(guān)系刻度緣由 MDC 時(shí)間刻度時(shí)間刻度X-TX-T關(guān)系刻度方法關(guān)系刻度方法時(shí)間譜積分法時(shí)間譜積分法d-Td-T迭代法迭代法 X-T X-T 關(guān)系函數(shù)關(guān)系函數(shù) 采用采用5 5 階多項(xiàng)階多項(xiàng)式式 1 1階多項(xiàng)式階多項(xiàng)式漂移時(shí)間與漂移間隔的關(guān)系漂移時(shí)間與漂移間隔的關(guān)系漂移時(shí)間分布漂移時(shí)間分布10TctcV211211()thTTttVTVV T0刻度方法和原理 MDC 時(shí)間刻度時(shí)間刻度* * 對(duì)時(shí)間分布前沿進(jìn)展擬合，得到對(duì)時(shí)間分布前沿進(jìn)展擬合，得到T0T0的初始值的初始值 時(shí)幅關(guān)系刻度時(shí)幅關(guān)系刻度T0 T0 的初步確定的初步確定信

13、號(hào)脈沖幅度引起時(shí)間游動(dòng)信號(hào)脈沖幅度引起時(shí)間游動(dòng)假設(shè)用二次函數(shù)描畫(huà)信號(hào)上升沿：假設(shè)用二次函數(shù)描畫(huà)信號(hào)上升沿： * 徑跡殘差法對(duì)各絲層、單絲修正徑跡殘差法對(duì)各絲層、單絲修正T0，反復(fù)，反復(fù) 疊帶，逐漸逼近疊帶，逐漸逼近得出時(shí)間游動(dòng)：得出時(shí)間游動(dòng)：實(shí)踐情況中只能丈量信號(hào)的電荷量實(shí)踐情況中只能丈量信號(hào)的電荷量Q，只能假，只能假設(shè)設(shè) Vt Q ，運(yùn)用如下函數(shù)來(lái)修正時(shí)間，運(yùn)用如下函數(shù)來(lái)修正時(shí)間游動(dòng)：游動(dòng)：10ptpQ 單絲位置刻度單絲位置刻度: : 殘差分布方法殘差分布方法 MDC 幾何位置校準(zhǔn)幾何位置校準(zhǔn) 漂移室端面板校準(zhǔn)參數(shù)漂移室端面板校準(zhǔn)參數(shù) MDC 時(shí)間丈量主要性能時(shí)間丈量主要性能現(xiàn)狀現(xiàn)狀 動(dòng)量分

14、辨動(dòng)量分辨:11.4 MeV/c 空間分辨空間分辨: 134 m 正負(fù)電賀對(duì)稱(chēng)性正負(fù)電賀對(duì)稱(chēng)性5MeV/c 徑跡空間分布正常徑跡空間分布正常 徑跡質(zhì)量穩(wěn)定性好徑跡質(zhì)量穩(wěn)定性好P 11.4MeV/from J/psi Bhabhafrom J/psi Bhabhafrom J/psi Bhabhae+/e- momentum vs run Spatial resolution vs run (Bhabha)P vs phi四四 dE/dx 粒子鑒別粒子鑒別 dE/dx dE/dx 粒子鑒別原理和方法粒子鑒別原理和方法 dE/dx 刻度刻度修正修正dE/dx值的不一致性值的不一致性: 帶電粒子的電

15、離特性帶電粒子的電離特性;信號(hào)絲氣體放大的不均勻性信號(hào)絲氣體放大的不均勻性; MDC磁場(chǎng)的磁場(chǎng)的不不 均勻性均勻性;取數(shù)過(guò)程環(huán)境溫度、壓強(qiáng)等條件的變化等取數(shù)過(guò)程環(huán)境溫度、壓強(qiáng)等條件的變化等 dE/dx 刻度工程刻度工程 單絲級(jí)別刻度只用電子樣本刻度單絲級(jí)別刻度只用電子樣本刻度* * 徑跡長(zhǎng)度修正徑跡長(zhǎng)度修正* * run by run run by run 修正外界環(huán)境影響，如氣壓、溫度等修正外界環(huán)境影響，如氣壓、溫度等* * 單絲增益：修正單元電場(chǎng)非均性、電子學(xué)增益差別單絲增益：修正單元電場(chǎng)非均性、電子學(xué)增益差別* * 漂移間隔和入射角結(jié)合修正漂移間隔和入射角結(jié)合修正 徑跡級(jí)別刻度徑跡級(jí)別刻

16、度 ( (用各種粒子樣本做刻度用各種粒子樣本做刻度): ):* * 空間電荷效應(yīng)的修正空間電荷效應(yīng)的修正* * dE/dx dE/dx 能損曲線刻度能損曲線刻度* * dE/dx dE/dx 的刻度的刻度 擬合函數(shù)擬合函數(shù)dE/dx=f()*g(sin)*h(Nhit)*I 運(yùn)用運(yùn)用bhabha數(shù)據(jù)樣本得到擬合函數(shù)數(shù)據(jù)樣本得到擬合函數(shù): g, h 和和i : 利用強(qiáng)子樣本得到利用強(qiáng)子樣本得到 ( 與與dE/dx能損曲線類(lèi)似能損曲線類(lèi)似) ：f K P MDC dE/dx丈量主要性丈量主要性能現(xiàn)狀能現(xiàn)狀dE/dx6%(for ) 3 / 分別分別760MeV/c總結(jié)總結(jié) 在在3年左右時(shí)間我們完成

17、了年左右時(shí)間我們完成了MDC數(shù)據(jù)處置程序的事數(shù)據(jù)處置程序的事例起始時(shí)間計(jì)算，徑跡尋覓，徑跡擬合，離線刻度，例起始時(shí)間計(jì)算，徑跡尋覓，徑跡擬合，離線刻度，dE/dx粒子鑒別五個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試粒子鑒別五個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試. 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)BESIII BESIII 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的調(diào)試和運(yùn)轉(zhuǎn)，證明了五個(gè)系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的調(diào)試和運(yùn)轉(zhuǎn)，證明了五個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)到達(dá)了實(shí)踐目的，根本滿(mǎn)足物理分析的要求。統(tǒng)設(shè)計(jì)到達(dá)了實(shí)踐目的，根本滿(mǎn)足物理分析的要求。 更加精細(xì)的調(diào)整和參數(shù)的優(yōu)化任務(wù)還將繼續(xù)進(jìn)展更加精細(xì)的調(diào)整和參數(shù)的優(yōu)化任務(wù)還將繼續(xù)進(jìn)展謝謝各位BESIII 探測(cè)器探測(cè)器MDC MDC 時(shí)間丈量數(shù)值時(shí)間丈量數(shù)值TDCTD

18、C不是漂移時(shí)間不是漂移時(shí)間 經(jīng)過(guò)TDC丈量到的原始時(shí)間并不等同于漂移時(shí)間，其中包含： TES: 事例起始時(shí)間 (EsTimeAlg) Tflight：粒子的飛行時(shí)間重建中計(jì)算并修正 Tdrift：漂移時(shí)間 Tprop：信號(hào)在絲上的傳播時(shí)間重建中計(jì)算并修正 Twalk：信號(hào)幅度差別引起的時(shí)間游動(dòng) 時(shí)幅關(guān)系刻度 Telec：信號(hào)在電子學(xué)通道上的傳輸時(shí)間 T0刻度TTDCTflightTdriftTpropTwalkTelecTESBESIIIBESIII數(shù)據(jù)處置流程數(shù)據(jù)處置流程在線事例選擇在線事例選擇 MC Data generatorsimulation離線刻度離線刻度calibration原始

19、數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)重建數(shù)據(jù)重建數(shù)據(jù)(DST)數(shù)據(jù)分類(lèi)數(shù)據(jù)分類(lèi) 事例重建事例重建reconstruction物物理理分分析析 重建數(shù)據(jù)重建數(shù)據(jù)(Rec)北京譜儀北京譜儀數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)獲獲取取 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)處處置置 mc數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)產(chǎn)產(chǎn)生生 BESIII事例重建過(guò)程順序事例重建過(guò)程順序HepEvtMcTruthG4EventHitsDigitsRawDataCnvSvcBES IIIRawDataGeneratorEventConvertersSimulationDigitizationReconstructionAlgorithmsCalibrationAlgorithmsRecHitsRecTracksAnaly

20、sisToolsDstTracksHistogramsNtuplesRootDstCnvSvcDstDataRec2DstAlgEvent Data FlowMC 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)物理分析物理分析Calibration Framework Framework is based on GLAST s schemeThe calibration constants for each sub-detector are produced by the associated calibration algorithm The framework provides reconstruction a

21、lgorithms a standard way to obtain the calibration data objects MDC Tracking Module(1) R- Tracking & S-Z finding3) S-Z calculation in Z finding2) Segment Finding (TSF)1) Conformal transformation1Segment finding: Search segments in each super-layer using a pattern look-up table2Track link (S-Z finding) add stereo segments4 43 32 21 10 07 76 65 5101010010123