Lazer Kalibrasyon Sisteminin Filtreleme Çalışması

2008 – 2012 yılları arasında BHÇ’deki p – p çarpışmalarında kütle merkezi enerjisi 7 TeV ve 8 TeV olan enerjilerde veriler alınmıştır. 2012’deki 7 TeV’lik çarpışmalarda CMS deneyinin HKAL kalorimetresinde ve alt kalorimetreleri olan HB ve HE’de alınan verilerde bazı kanallarda beklenmeyen yüksek enerjiler saptanmıştır. Yapılan incelemeler sonucunda lazer sistemi kapalı olmasına rağmen bu beklenmeyen enerjinin lazer kalibrasyon sisteminden geldiği ve burada lazer sinyalinin hala var olduğu tespit edilmiştir.

Daha önce de bahsedildiği gibi lazer kalibrasyonu çalışmasının yapılmasının amacı QIE kartlarının doğrusallığını, kalorimetrenin performansını, CMS’de veri alma sırasında oluşan radyasyon hasarını ve kalorimetre kazancını izlemektir. Ayrıca bu çalışma ile elektronikten sintilatörlere kadar tüm optik yolun performansı denetlenmekte ve sorunlu kanalların kontrolü gerçekleştirilmektedir.

Bu tezde 2012 yılında lazer sistemi kapalı olmasına rağmen görülen istenmeyen bu lazer sinyallerinin filtrelenmesi çalışılması yapıldı. Ayrıca 2014 yılının sonlarına doğru lazer kalibrasyon sistemi tamamen yenilendiğinden 2015 yılında CMS’de alınan 13TeV’lik veriler tekrar analiz edilerek bu beklenmeyen lazer sinyallerinin olup olmadığı kontrol edildi. Yapılan filtreleme çalışmasında 2012 verileri için CMSSW_7_1_7 ve 2015 verileri için de CMSSW_7_4_2 analiz paketleri kullanılmıştır. Bu çalışmada 2012 yılında alınan 7 TeV’lik 199812, 202205, 202237 çarpışma verileri, 211118 lazer verisi ve 2105 yılında alınan 13 TeV’lik 248038, 248036 çarpışma verileri kullanılmıştır.

HKAL’ın alt kalorimetrelerinden HB ve HE kalorimetrelerin her birinde 2592 ve toplamda 5184 adet kanal bulunmaktadır. Şekil 4.3’de HB ve HE kalorimetre kanallarının doluluk histogramları gösterilmektedir.

(a) (b)

Şekil 4.3. (a) 2012 (b) 2015 yılında alınan veriler ile HB ve HE kalorimetrelerin doluluk histogramları.

Bu grafiklerde x-eksenleri ieta’yı, y-eksenleri ise iphi değerlerini temsil etmektedir. HB alt kalorimetresinin iphi değeri 0-72 aralığını, ieta değerleri ise HB+

için 0-16, HB- için 0-(-16) aralıklarını kapsamaktadır. HE alt kalorimetresinde ise iphi değerleri HB gibi 0-72 aralığını, ieta değerleri ise HE+ için 16-29, HE- için (-16)-(-29) aralıklarını kapsamaktadır. Yapılan daha önceki çalışmalarda beklenmeyen yüksek enerjili lazer sinyallerinin HB- bölgesindeki üç RBX’den geldiği saptanmıştır. Şekil 4.4’de istenmeyen bu lazer sinyallerinin bulunduğu RBX’ler gösterilmektedir.

Şekil 4.4. İstenmeyen lazer sinyallerin alındığı RBX’ler (https:// indico.cern.ch/

event/169318/contribution/1/attachments/209212/293400/PPD_Oct24_te mple.pdf).

Şekil 4.4’de x-ekseni ieta ve y-ekseni iphi değerlerini temsil etmektedir. HB alt kalorimetresinde toplamda 36 RBX ve bu RBX’lerin her birinde dört adet HFD bulunmaktadır. Her HFD ise 18 farklı kanaldan gelen sinyali okumaktadır. HB’de kanallar aynı ieta, iphi (±1,…,±16) ile uyumlu olan 16 ardışık kuleye karşılık gelmektedir. iphi = ±15, ±16’da HB kuleleri iki derinliğe sahiptir ve kulelerde 18 farklı kanaldan gelen sinyaller ile birlikte bir kanaldan 10 zaman dilimi (TS) okunmaktadır. Beklenmeyen yüksek enerjilerin belirlendiği 3 RBX’de toplamda 216 kanal kötü, diğer RBX’lerdeki kalan 4968 kanal ise iyi olarak nitelendirilmiştir. Şekil 4.4’de görüldüğü gibi kötü kanalların hepsinin ieta değerleri sıfırdan küçük, iphi değerleri ise 16-19 ve 28-35 aralığında bulunmaktadır.

(a) (b)

Şekil 4.5. (a) 2012 (b) 2015 yılında alınan veriler ile HB ve HE kalorimetrelerinin enerjileri.

Şekil 4.5’de 2012 ve 2015 yılında alınan veriler için HB ve HE kalorimetrelerinin bütün kanallarındaki sinyallerin fC cinsinden enerjileri gösterilmektedir. Bu grafiklerde x-eksenleri ieta, y-eksenleri iphi değerlerini temsil etmektedir.

Lazer verileri kullanılarak tam olarak istenmeyen lazer sinyallerinin hangi kanallarda olduğu saptanmaya çalışılmıştır. Bu sinyalleri filtrelemek için tüm kanallara ait enerji histogramaları çizdirilerek, enerji üzerine ne kadarlık bir kısıtlama yapılması gerektiği üzerine çalışıldı. Öncelikle burada minimum değer olarak 15 fC’lik bir enerji kısıtlaması uygulanmıştır. Bu işlemin yapılmasının amacı iyi kanalların sayısının kötü kanalların sayısına göre önemli bir miktarda arttırmaktır.

Şekil 4.6’da lazer verileri kullanılarak iyi ve kötü kanalların yük dağılımları gösterilmektedir.

(a) (b)

Şekil 4.6. 2012 yılında alınan 211118 lazer verisine ait (a) kötü kanalların (b) iyi kanalların yük dağılımları.

Şekil 4.6’da 4-6 zaman diliminde enerjiye 15 fC’lik kısıtlama uygulanarak iyi ve kötü kanalların toplam yük dağılımları gösterilmektedir. Şekil. 4.7’de lazer sinyallerin oluşturduğu istenmeyen lazer sinyallerini elemek için belirlenen kısıtlama miktarı gösterilmektedir.

Şekil 4.7. Lazer sinyallerin elemek için belirlenen kısıtlama miktarı.

Şekil 4.7’de kötü olarak bilinen kanalların bulunduğu bölgeyi daha iyi belirleyebilmek için, iyi ve kötü kanalların yük dağılımlarını gösteren şekilleri aynı eksen üzerinde normalize ederek hangi miktarda bir kısıtlama uygulanacağı belirlendi. Şekil 4.7’de gösterildiği gibi yaklaşık olarak 4000 fC’lik bir kısıtlama uygulanmasına karar verildi. Bu kısıtlama ile 4000 fC’den küçük olayların hepsi temizlendi (Şekil 4.8).

Şekil 4.8. 211118 lazer verisine ait 4000 fC’lik kısıtlama uygulandıktan sonra HBHE kalorimetredeki kötü kanalların yükleri.

Şekil 4.8’de 2012 yılında alınan lazer verisinin enerjisine 4000 fC’lik kısıtlama uygulandıktan sonra kötü olarak adlandırılan kanalların hiç birinde beklendiği gibi herhangi bir lazer sinyali görülmemektedir. Bu da bütün kötü kanalların yüklerinin 4000 fC’nin altında olduğunu ve bu kısıtlama ile istenmeyen lazer sinyallerinin elendiğini göstermektedir. Şekil 4.9’da (a) 15 fC ve (b) 4000 fC kısıtlama uygulanan HBHE’de kalibre edilmiş digi’lerin HBHE digi’lerine göre dağılımı gösterilmektedir.

(a) (b)

Şekil 4.9. 2012 yılında alınan veri ile (a) 15 fC’lik kısıtlama (b) 4000 fC’lik kısıtlama uygulanarak HBHE’de kalibre edilmiş digi’lerin HBHE digi’lerine göre dağılımı.

Şekil 4.9’da x-ekseni HBHE digi’lerini, y-ekseni ise HBHE’de kalibre edilmiş digi’leri göstermektedir. 2012 yılında alınan veride toplamda 26.6 milyon olay bulunmakta ve olayların içinde yaklaşık olarak 38500 istenmeyen HBHE lazer olayına rastlanmaktadır. Şekil 4.9’de (a) 2012 yılı verisinde istenmeyen lazer sinyallerin oluşturduğu digi’ler yaklaşık olarak 4000 fC’de görülmektedir. (b)’de 4000 fC’lik kısıtlama yapıldıktan sonra istenmeyen herhangi bir lazer olayına rastlanmamıştır. 2014 yılının sonlarına doğru lazer sistemi yenilendiğinden 2015 yılı başlarında alınan çarpışma verisi ile yapılan çalışmalar tekrar edilmiştir. Şekil 4.10’de bu çarpışma verileri kullanılarak HBHE’de kalibre edilmiş digi’lerine HBHE digi’lere göre dağılımı gösterilmektedir.

Şekil 4.10. 2015 yılında alınan çarpışma verisi ile HBHE kalibre edilmiş digi’lerin HBHE digi’lere göre dağılımı.

Şekil 4.10’da x-ekseni HBHE digi, y-ekseni ise HBHE’de kalibre edilmiş digi’leri göstermektedir. Şekil 4.10’de görüldüğü gibi 2014 yılında yapılan lazer yenileme çalışmalarından sonra istenmeyen herhangi bir lazer sinyali gözlenmemiştir. Şekil 4.11’de istenmeyen lazer sinyallerinin görüldüğü 3 tane RBX’in, lazer sinyallerinin görülmediği RBX’lere göre oranı gösterilmektedir.

(a) (b)

Şekil 4.11. (a) 2012 (b) 2015 yılında alınan veri kümelerinin HBHE iyi RBX’lerin kötü RBX’lere göre oranı.

Daha önce de bahsedildiği gibi HB ve HE alt kalorimetrelerinde toplamda 36 RBX, her RBX’in içinde 72 tane kanal bulunmaktadır. Şekil 4.11’deki çalışmada bilinen kötü kanalların sayısı yine kötü kanal sayısına bölünerek bilinenlerin dışında istenmeyen herhangi bir lazer sinyalinin alındığı başka bir kanal olup olmadığı kontrol edildi. Aynı işlem iyi kanallar için de yapıldı. Şekil 4.11’de x-ekseni iyi kanalların RBX oranını, y-ekseni de kötü kanalların RBX oranını göstermektedir.

2012 veri kümesi (a) ile bilinen kötü kanallar dışında herhangi bir kötü kanal olmadığı saptandı. (b) 2015 yılı veri kümesine tekrar bakılarak herhangi bir lazer sinyaline rastlanmadı.

HB alt kalorimetresinin yanı sıra HF kalorimetresinde de beklenmeyen herhangi bir lazer sinyalinin olup olmadığını anlamak için 2012 yılında alınan veri kümelerine bakıldı. HF kalorimetresinin her modülünde (HF±) eşit olarak 32 tane RBX ve toplamda 72 RBX bulunmaktadır. Her bir RBX’in içinde 24 tane FÇT vardır. Her FÇT bir kanaldan gelen sinyali okuyabilmektedir. HF kalorimetresinde toplamda 1728 tane kanal bulunmaktadır. Şekil 4.12’de HF kalorimetresinin doluluk haritalaması gösterilmektedir.

Şekil 4.12. HF kalorimetresinin doluluk haritalaması

Şekil 4.12’deki grafikte x-ekseni ieta’yı, y-ekseni ise iphi değerlerini temsil etmektedir. HF kalorimetresinin iphi değerleri HB ve HE’de olduğu gibi 0-72, ieta değerleri ise HF+ için 29 ile 41, HF- içinse (-29)-(-41) aralıklarını kapsamaktadır.

HF kalorimetresinde HB’de olduğu gibi istenmeyen herhangi bir lazer sinyali görülmemektedir.

Şekil 4.13. 2012 yılının veri kümesi ile HF kalorimetresinin enerjisi.

Şekil. 4.13’de 2012 yılında alınan veri kümesi için HF alt kalorimetresinin bütün kanallardaki sinyallerin fC cinsinden enerjileri gösterilmektedir. Bu grafikte x-ekseni ieta’yı, y-x-ekseni ise iphi değerlerini temsil etmektedir. HF alt kalorimetresi için yapılan bu çalışmada beklenildiği gibi herhangi bir lazer sinyali görülmemiştir.