BESIIIMDC事例重建毛泽普-中国科学院高能物理研究所

• 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
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
Efficiency vs P
Efficiency vs angle
pt/pt vs P
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 …
= (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
• 拟合方法 (Least Square Method) 2 = (i/i)2, i=1, nhits ; i =d(xi(i) – di
E ={(1/2) (∂ 2 2 / (∂T∂ ) }-1 •
(i = dfi - dmi )
径迹属性:
Pt = 1/||, Py = (1/||) cos(0 + ), Px = (1/|| ) (-sin(0 + ), Pz =( 1/||) tan
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:
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
• Pt/Pt = 0.5 %(@1 GeV)
• dE/dx 分辨 0.6-0.7%
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
dE/dx PID
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% • 时间分辨: 0.3ns~0.4ns
* X-T关系刻度 * T0刻度 * 时幅关系刻度
• 刻度流程
* 几何位置校
• 数据样本：通常用Bhabha或dimu事例 • 刻度理论模型: 径迹残差法

2 i 1
N hit
(i ) (i ) 2 (d meas dtrac k)
i2
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） σ i： 该测量点的权重(空间分辨）
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
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
BESIII MDC 结构
• 43丝层(24S +19A) • 6796 信号丝 • XY = 130 m,
MDC 径迹Βιβλιοθήκη Baidu重建
Fast, simple tracking for Test xy100um z4mm
xy 100um
p/p56MeV
z 4mm
p 56MeV
Eff=99%
MDC 径迹寻找
• 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 + R[cos(0+hscos/R) -cos0] Y(s) = y0 + R[sin(0+hscos/R)-sin0] Z(s) = z0 + ssin 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:
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
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
MDC 时间刻度
• 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 • X-T 关系函数 采用5 阶多项式 ＋1阶多项式