BESIIIMDC事例重建毛泽普课件

1、BESIII MDC 事例重建2010年 8月17日中国科学院高能物理研究所毛泽普中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室 主要内容 径迹寻找 径迹拟合 时间刻度 dE/dx粒子鉴别 总结 一 径迹寻找 43丝层(24S +19A) BESIII MDC 结构 6796 信号丝 XY = 130 m, Pt/Pt = 0.5 %(1 GeV) dE/dx 分辨 0.6-0.7%MDC 事例重建系统径迹属性:空间位置动量电荷 粒子种类 . MDC Event Rec.Hit wire IDTDC(时间) B(磁场)Event TestTrackingKalman fit dE/dx PID事

2、例起始时间计算我们开发了五种独立的方法共同完成事例起始时间计算:1 MDC径迹TOF匹配法2 EMC & TOF匹配法3 MDC径迹段直线拟合法4 MDC径迹法5 MDC径迹拟合方法效率：Bhabha，dimu：99.8%Hadron: 99.6%Cosmic：99.9%误判率1%时间分辨: 0.3ns0.4nsMDC 径迹快重建xy 100umz 4mmp 56MeVEff=99%xy100umz4mmp/p56MeVFast, simple tracking for Test 在均匀z向磁场中(BX = BY = 0, Bz=C) 带电粒子运动轨迹(圆柱螺旋线Z)描述：X(s) = x0

3、+ Rcos(0+hscos/R) -cos0Y(s) = y0 + Rsin(0+hscos/R)-sin0Z(s) = z0 + ssin x-y 平面投影: 园 (d2X/ds2=cos2 /Rh )MDC 径迹寻找 在一个特定的参考系中径迹参数为: = (d , , , dz, tan )T , d : signed distance of helix from pivot in x-y plane, : The azimuthal angle to the helix center, : 1/pt, dz: signed z distance of the helix from pi

4、not in the z direction, tan: the slope of the track, : dip angle 拟合方法 (Least Square Method)2 = (i/i)2, i=1, nhits ; i =d(xi(i) di (i = dfi - dmi ) 径迹属性:Pt = 1/|, Px = (1/| ) (-sin(0 + ),Py = (1/|) cos(0 + ), Pz =( 1/|) tan E =(1/2) ( 2 2 / (T ) -1MDC 径迹寻找我们开发了两套独立的径迹寻找程序: MdcPatRec 和 MdcTsfRec 两套程序均

5、已用于MDC的数据处理中, 其原理如下: 当前基本性能: (from J/ Run 9947 Bhabha events )Efficiency vs Ppt/pt vs P Efficiency vs angle MDC 径迹寻找程序基本性能Tracking efficiency : Barrel: 98.6%CPU for MC data: about 10 ms/track 径迹拟合的目的：二 MDC径迹拟合(Kalman-Filter方法) Kalman-Filter 基本原理： 对离散数据，用当前状态矢量预测下一个状态矢量的LSM方法 径迹拟合的基本过程和原理：1.预测：用径迹当前的

6、状态矢量预测第k时候的状态矢量 2.过滤：加权组合第k时的预测信息和测量信息,估计k状态矢量信息3.平滑：用全部时刻n(nk)的测量信息回推, 估计k时刻的状态径迹精细修正 NUMF, Multiple scattering, Energy loss 我们开发了五个不同用处的程序块，现已经用于物理分析中MDC 径迹拟合1.分析流程：filter单向由外往里, 输出IP点参数，用于物理分析2.刻度流程：双向filter迭加, 输出每点径迹参数3.平滑流程：输出每个击中层以及最外点径迹参数、每小段的飞行时间总和，用于dE/dx刻度，外推, TOF刻度等4.宇宙线校准流程：用于校准流程，将宇宙线进行

7、连接并进行拟合5.次级顶点重建工具：ExtToSecondVertexTool按照用户指定的位置拟合. MDC 径迹拟合基本性能 by 0.3GeV cos=0.83* MDC 信号道数(信号数): 6796三 MDC 时间刻度 * 要达到空间分辨130m, 动量分辨 0.5%1GeV/c 时间刻度的任务与方法(反复叠带，逐渐逼近) 数据样本：通常用Bhabha或dimu事例 刻度理论模型: 径迹残差法Dmeas：径迹与信号丝间的测量距离Dtrack: 拟合径迹与信号丝的距离(拟合距离） i： 该测量点的权重(空间分辨）* X-T关系刻度* T0刻度* 时幅关系刻度* 几何位置校 刻度流程 小

8、单元漂移室中电子漂移特性单元内电场分布不均匀导致了电子漂移速度的非均匀信号丝附近，电场较强，漂移速度较大随着漂移距离的增大，电场逐渐减弱，漂移速度也逐渐减小单元边界，漂移线严重弯曲，因而随着漂移距离的增大漂移时间迅速增大磁场下电子漂移线等时线图 X-T关系刻度原因 MDC 时间刻度X-T关系刻度方法时间谱积分法d-T迭代法 X-T 关系函数 采用5 阶多项式 1阶多项式漂移时间与漂移距离的关系漂移时间分布 T0刻度方法和原理 MDC 时间刻度* 对时间分布前沿进行拟合，得到T0的初始值 时幅关系刻度T0 的初步确定信号脉冲幅度引起时间游动如果用二次函数描述信号上升沿： * 径迹残差法对各丝层、

9、单丝修正T0，反复 叠带，逐渐逼近得出时间游动：实际情况中只能测量信号的电荷量Q，只能假设 Vt Q ，使用如下函数来修正时间游动： 单丝位置刻度: 残差分布方法 MDC 几何位置校准 漂移室端面板校准参数 MDC 时间测量主要性能现状 动量分辨:11.4 MeV/c 空间分辨: 134 m 正负电贺对称性5MeV/c 径迹空间分布正常 径迹质量稳定性好sP = 11.4MeV/cfrom J/psi Bhabhafrom J/psi Bhabhafrom J/psi Bhabhae+/e- momentum vs run Spatial resolution vs run (Bhabha)P

10、 vs phi四 dE/dx 粒子鉴别 dE/dx 粒子鉴别原理和方法 dE/dx 刻度修正dE/dx值的不一致性: 带电粒子的电离特性;信号丝气体放大的不均匀性; MDC磁场的不 均匀性;取数过程环境温度、压强等条件的变化等 dE/dx 刻度项目 单丝级别刻度（只用电子样本刻度）* 径迹长度修正* run by run 修正外界环境影响，如气压、温度等* 单丝增益：修正单元电场非均性、电子学增益差异* 漂移距离和入射角联合修正 径迹级别刻度 (用各种粒子样本做刻度):* 空间电荷效应的修正* dE/dx 能损曲线刻度* dE/dx 的刻度 拟合函数dE/dx=f()*g(sin)*h(Nhi

11、t)*I 使用bhabha数据样本得到拟合函数: g, h 和i : 利用强子样本得到 ( 与dE/dx能损曲线相似) ：f K P MDC dE/dx测量主要性能现状dE/dx6%(for ) 3 / 分离760MeV/c总结 在3年左右时间我们完成了MDC数据处理程序的（事例起始时间计算，径迹寻找，径迹拟合，离线刻度，dE/dx粒子鉴别）五个系统的设计、编程和调试. 经过BESIII 实验数据的调试和运行，证明了五个系统设计达到了实际指标，基本满足物理分析的要求。 更加精细的调整和参数的优化工作还将继续进行谢谢各位BESIII 探测器MDC 时间测量数值TDC不是漂移时间通过TDC测量到的

12、原始时间并不等同于漂移时间，其中包含：TES: 事例起始时间 (EsTimeAlg)Tflight：粒子的飞行时间（重建中计算并修正）Tdrift：漂移时间Tprop：信号在丝上的传播时间（重建中计算并修正）Twalk：信号幅度差异引起的时间游动 时幅关系刻度Telec：信号在电子学通道上的传输时间 T0刻度TTDCTflightTdriftTpropTwalkTelecTESBESIII数据处理流程在线事例选择 MC Data generatorsimulation离线刻度calibration原始数据重建数据(DST)数据分类 事例重建reconstruction物理分析 重建数据(Rec

13、)北京谱仪数据获取 数据处理 mc数据产生 BESIII事例重建过程顺序HepEvtMcTruthG4EventHitsDigitsRawDataCnvSvcBES IIIRawDataGeneratorEventConvertersSimulationDigitizationReconstructionAlgorithmsCalibrationAlgorithmsRecHitsRecTracksAnalysisToolsDstTracksHistogramsNtuplesRootDstCnvSvcDstDataRec2DstAlgEvent Data FlowMC 数据实验数据物理分析Cal

14、ibration FrameworkFramework is based on GLAST s schemeThe calibration constants for each sub-detector are produced by the associated calibration algorithm The framework provides reconstruction algorithms a standard way to obtain the calibration data objects MDC Tracking Module(1) R- Tracking & S-Z f

15、inding3) S-Z calculation in Z finding2) Segment Finding (TSF)1) Conformal transformation1）Segment finding: Search segments in each super-layer using a pattern look-up table2）Track link (S-Z finding) add stereo segments432107651010100101234567Wires No. 0-7 b) Fill real hit pattern table and matching Set one word for a group of 8 wire, each bit for a wire. Set “1” for a hit wire, others “0” MDC Tracking Module(2): R- Tracking & S-Z findinga) Create Hit pattern by MC: * 4 hit pattern * 3 hit pattern c)