BESIIIMDC事例重建课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Calibration Algorithms
Digits RecHits
Digitization
Hits
Reconstruction Algorithms
RecTracks
Histograms Ntuples
Analysis Tools
DstTracks
Rec2DstAlg
物理分析
DstData
RootDstCnvSvc
➢ The framework provides reconstruction algorithms a standard way to obtain the calibration data objects
29
MDC Tracking Module(1) R- Tracking & S-Z finding
1) Conformal transformation
2) Segment Finding (TSF)
3) S-Z calculation in Z finding
30
MDC Tracking Module(2): R- Tracking & S-Z finding
1）Segment finding: Search segments in each super-layer using a pattern look-up table
• X-T 关系函数 采用5 阶多项式 ＋1阶多项式
漂移时间分布
磁场下电子漂移线等时线图 漂移时间与漂移距离的关系
14
MDC 时间刻度
• T0刻度方法和原理
* 对时间分布前沿进行拟合，得到T0的初始值
* 径迹残差法对各丝层、单丝修正T0，反复
叠带，逐渐逼近
• 时幅关系刻度
如果用二次函数描述信号上升沿：
a) Create Hit pattern by MC: * 4 hit pattern * 3 hit pattern
Py = (1/||) cos(0 + ), Pz =( 1/||) tan
8
MDC 径迹寻找
我们开发了两套独立的径迹寻找程序: MdcPatRec 和 MdcTsfRec 两套程序均已用于MDC的数据处理中, 其原理如下:
9
MDC 径迹寻找程序基本性能
• 当前基本性能: (from J/ψ Run 9947 Bhabha events ) Tracking efficiency : Barrel: 98.6% CPU for MC data: about 10 ms/track
• MDC 径迹拟合基本性能 by 0.3GeV cos=0.83
12
三 MDC 时间刻度
• 时间刻度的任务与方法(反复叠带，逐渐逼近)
* 要达到空间分辨130μm, 动量分辨 0.5%@1GeV/c
* MDC 信号道数(信号数): 6796
* X-T关系刻度
* T0刻度 * 时幅关系刻度
* 几何位置校
from J/psi Bhabha
Spatial resolution vs run (Bhabha)
P vs phi
e+/e- momentum vs run
18
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
3.要考虑成型工艺，合理计算累积公差， 以防按键手感不良。
MDC 时间测量主要性能现状
• 动量分辨:11.4 MeV/c • 空间分辨: 134 µm • 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
from J/psi Bhabha
from J/psi Bhabha P = 11.4MeV/c
• 刻度流程
• 数据样本：通常用Bhabha或dimu事例
• 刻度理论模型: 径迹残差法
Nhit
(i)
(d d ) 2
meas
(i) 2 track
2
i1
i
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）
13
σ i： 该测量点的权重(空间分辨）
MDC 时间刻度
• 时间分辨: 0.3ns~0.4ns 6
MDC 径迹快重建
Fast, simple tracking for Test xy100um
z4mm
p/p56MeV
xy 100um z 4mm p 56MeV
Eff=99% 7
MDC 径迹寻找
• 粒子运动轨迹(圆柱螺旋线Z)描述： X(s) = x0 + R[cos(0+hscos/R) -cos0] Y(s) = y0 + R[sin(0+hscos/R)-sin0] Z(s) = z0 + ssin
Efficiency vs P
Efficiency vs angle
pt/pt vs P
10
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
• 径迹拟合的目的：
径迹精细修正 NUMF, Multiple scattering, Energy loss …
• 径迹拟合的基本过程和原理：
1.预测：用径迹当前的状态矢量预测第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(n>k)的测量信息回推, 估计k时刻的状态
11
MDC 径迹拟合
• 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
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.
simulation产
生
数据物分类 理 分 析
26
BESIII事例重建过程顺序
27
Event Data Flow
MC 数据
Generator
HepEvt
Event Converters
G4Event
Simulation
McTruth
BES III
RawData
实验数据
RawData CnvSvc
* σdE/dx 的刻度
拟合函数σdE/dx=f(βγ)*g(sinθ)*h(Nhit)*I
使用bhabha数据样本得到拟合函数: g, h 和i :
20
利用强子样本得到 ( 与dE/dx能损曲线相似) ：f
MDC dE/dx测量主要性能现状
σdE/dx~6%(for π) 3σ π/ĸ 分离~760MeV/c K P
dE/dx PID
5
事例起始时间计算
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%
TES Tflight
Tdrift
Tprop Twalk Telec
TTDC
25
北京谱仪
数
BESIII数据处理流程
据 在线事例选择
获
重建数据(DST)
取
原始数据
离线刻度
数 calibration
重建数据(Rec)
据
处
事例重建
理
reconstruction
mc
MC Data 数 generator 据
• XY = 130 m,
• Pt/Pt = 0.5 %(@1 GeV)
• dE/dx 分辨 0.6-0.7%
4
MDC 事例重建系统
Hit wire ID TDC(时间) B(磁场)
MDC Event Rec.
径迹属性: 空间位置 动量 电荷 粒子种类
…….
Event –Test
Tracking
Kalman fit
x-y 平面投影: 园 (d2X/ds2=cos2 /Rh ) • 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 pinot in the z direction, tan: the slope of the track, : dip angle
• X-T关系刻度原因
小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
• X-T关系刻度方法 – 时间谱积分法 – Δd-T迭代法
BESIII MDC 事例重建
毛泽普
中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室 中国科学院高能物理研究所
2010年 8月17日
1
主要内容
• 径迹寻找 • 径迹拟合 • 时间刻度 • dE/dx粒子鉴别 • 总结
2
一 径迹寻找
3
BESIII MDC 结构
• 43丝层(24S +19A)
• 6796 信号丝
21
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
28
Calibration Framework
• Framework is based on GLAST ‘s scheme
➢ The calibration constants for each sub-detector are produced by the associated calibration algorithm
16
1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来实现功能的一种 设计方式。
传统机械按键结构层图：
按键
PCBA
开关键
传统机械按键设计要点：
1.合理的选择按键的类型，尽量选择平头 类的按键，以防按键下陷。
2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议留 0.05~0.1mm，以防按键死键。
• 拟合方法 (Least Square Method) 2 = (i/i)2, i=1, nhits ; i =d(xi(i) – di (i = dfi - dmi )
E ={(1/2) (∂ 2 2 / (∂T∂ ) }-1
• 径迹属性:
Pt = 1/||,
Px = (1/|| ) (-sin(0 + ),
22
谢谢各位
23
BESIII 探测器
24
MDC 时间测量数值—TDC
不是漂移时间
– 通过TDC测量到的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
19
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
t2 t1
Vth T (
1 VT 1
1) VT 2
得出时间游动：
t p0
p1 Q
实际情况中只能测量信号的电荷量Q，只能假
设 Vt ∞Q 动：
t
，使用如下函数来修正时间游
c0
c1 VT
T0 的初步确定
信号脉冲幅度引起时间游动
15
MDC 几何位置校准
• 单丝位置刻度: 残差分布方法
• 漂移室端面板校准参数
Digits RecHits
Digitization
Hits
Reconstruction Algorithms
RecTracks
Histograms Ntuples
Analysis Tools
DstTracks
Rec2DstAlg
物理分析
DstData
RootDstCnvSvc
➢ The framework provides reconstruction algorithms a standard way to obtain the calibration data objects
29
MDC Tracking Module(1) R- Tracking & S-Z finding
1) Conformal transformation
2) Segment Finding (TSF)
3) S-Z calculation in Z finding
30
MDC Tracking Module(2): R- Tracking & S-Z finding
1）Segment finding: Search segments in each super-layer using a pattern look-up table
• X-T 关系函数 采用5 阶多项式 ＋1阶多项式
漂移时间分布
磁场下电子漂移线等时线图 漂移时间与漂移距离的关系
14
MDC 时间刻度
• T0刻度方法和原理
* 对时间分布前沿进行拟合，得到T0的初始值
* 径迹残差法对各丝层、单丝修正T0，反复
叠带，逐渐逼近
• 时幅关系刻度
如果用二次函数描述信号上升沿：
a) Create Hit pattern by MC: * 4 hit pattern * 3 hit pattern
Py = (1/||) cos(0 + ), Pz =( 1/||) tan
8
MDC 径迹寻找
我们开发了两套独立的径迹寻找程序: MdcPatRec 和 MdcTsfRec 两套程序均已用于MDC的数据处理中, 其原理如下:
9
MDC 径迹寻找程序基本性能
• 当前基本性能: (from J/ψ Run 9947 Bhabha events ) Tracking efficiency : Barrel: 98.6% CPU for MC data: about 10 ms/track
• MDC 径迹拟合基本性能 by 0.3GeV cos=0.83
12
三 MDC 时间刻度
• 时间刻度的任务与方法(反复叠带，逐渐逼近)
* 要达到空间分辨130μm, 动量分辨 0.5%@1GeV/c
* MDC 信号道数(信号数): 6796
* X-T关系刻度
* T0刻度 * 时幅关系刻度
* 几何位置校
from J/psi Bhabha
Spatial resolution vs run (Bhabha)
P vs phi
e+/e- momentum vs run
18
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
3.要考虑成型工艺，合理计算累积公差， 以防按键手感不良。
MDC 时间测量主要性能现状
• 动量分辨:11.4 MeV/c • 空间分辨: 134 µm • 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
from J/psi Bhabha
from J/psi Bhabha P = 11.4MeV/c
• 刻度流程
• 数据样本：通常用Bhabha或dimu事例
• 刻度理论模型: 径迹残差法
Nhit
(i)
(d d ) 2
meas
(i) 2 track
2
i1
i
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）
13
σ i： 该测量点的权重(空间分辨）
MDC 时间刻度
• 时间分辨: 0.3ns~0.4ns 6
MDC 径迹快重建
Fast, simple tracking for Test xy100um
z4mm
p/p56MeV
xy 100um z 4mm p 56MeV
Eff=99% 7
MDC 径迹寻找
• 粒子运动轨迹(圆柱螺旋线Z)描述： X(s) = x0 + R[cos(0+hscos/R) -cos0] Y(s) = y0 + R[sin(0+hscos/R)-sin0] Z(s) = z0 + ssin
Efficiency vs P
Efficiency vs angle
pt/pt vs P
10
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
• 径迹拟合的目的：
径迹精细修正 NUMF, Multiple scattering, Energy loss …
• 径迹拟合的基本过程和原理：
1.预测：用径迹当前的状态矢量预测第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(n>k)的测量信息回推, 估计k时刻的状态
11
MDC 径迹拟合
• 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
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.
simulation产
生
数据物分类 理 分 析
26
BESIII事例重建过程顺序
27
Event Data Flow
MC 数据
Generator
HepEvt
Event Converters
G4Event
Simulation
McTruth
BES III
RawData
实验数据
RawData CnvSvc
* σdE/dx 的刻度
拟合函数σdE/dx=f(βγ)*g(sinθ)*h(Nhit)*I
使用bhabha数据样本得到拟合函数: g, h 和i :
20
利用强子样本得到 ( 与dE/dx能损曲线相似) ：f
MDC dE/dx测量主要性能现状
σdE/dx~6%(for π) 3σ π/ĸ 分离~760MeV/c K P
dE/dx PID
5
事例起始时间计算
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%
TES Tflight
Tdrift
Tprop Twalk Telec
TTDC
25
北京谱仪
数
BESIII数据处理流程
据 在线事例选择
获
重建数据(DST)
取
原始数据
离线刻度
数 calibration
重建数据(Rec)
据
处
事例重建
理
reconstruction
mc
MC Data 数 generator 据
• XY = 130 m,
• Pt/Pt = 0.5 %(@1 GeV)
• dE/dx 分辨 0.6-0.7%
4
MDC 事例重建系统
Hit wire ID TDC(时间) B(磁场)
MDC Event Rec.
径迹属性: 空间位置 动量 电荷 粒子种类
…….
Event –Test
Tracking
Kalman fit
x-y 平面投影: 园 (d2X/ds2=cos2 /Rh ) • 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 pinot in the z direction, tan: the slope of the track, : dip angle
• X-T关系刻度原因
小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
• X-T关系刻度方法 – 时间谱积分法 – Δd-T迭代法
BESIII MDC 事例重建
毛泽普
中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室 中国科学院高能物理研究所
2010年 8月17日
1
主要内容
• 径迹寻找 • 径迹拟合 • 时间刻度 • dE/dx粒子鉴别 • 总结
2
一 径迹寻找
3
BESIII MDC 结构
• 43丝层(24S +19A)
• 6796 信号丝
21
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
28
Calibration Framework
• Framework is based on GLAST ‘s scheme
➢ The calibration constants for each sub-detector are produced by the associated calibration algorithm
16
1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来实现功能的一种 设计方式。
传统机械按键结构层图：
按键
PCBA
开关键
传统机械按键设计要点：
1.合理的选择按键的类型，尽量选择平头 类的按键，以防按键下陷。
2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议留 0.05~0.1mm，以防按键死键。
• 拟合方法 (Least Square Method) 2 = (i/i)2, i=1, nhits ; i =d(xi(i) – di (i = dfi - dmi )
E ={(1/2) (∂ 2 2 / (∂T∂ ) }-1
• 径迹属性:
Pt = 1/||,
Px = (1/|| ) (-sin(0 + ),
22
谢谢各位
23
BESIII 探测器
24
MDC 时间测量数值—TDC
不是漂移时间
– 通过TDC测量到的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
19
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
t2 t1
Vth T (
1 VT 1
1) VT 2
得出时间游动：
t p0
p1 Q
实际情况中只能测量信号的电荷量Q，只能假
设 Vt ∞Q 动：
t
，使用如下函数来修正时间游
c0
c1 VT
T0 的初步确定
信号脉冲幅度引起时间游动
15
MDC 几何位置校准
• 单丝位置刻度: 残差分布方法
• 漂移室端面板校准参数