Моделирование эффективности срабатывания проволочек

Потери эффективности в дрейфовой камере возникают из-за поглощения электронов первичной ионизации в газе и краевых эффектов в ячейке. Для правильного учета в моделировании неэффективности дрейфовой камеры в течение эксперимента проводилась следующая процедура. Отбирались события упругого e⁺e^- рассеяния с двумя хорошо восстановленными треками в дрейфовой камере, имеющими продолжение в Z-камере. Каждый из таких треков имеет достаточно большой импульс (510 МэВ для данных в области $\phi$ мезона) и должен вызывать срабатывания всех 19 проволочек дрейфовой камеры, расположенных на разных радиусах. Реально трек иногда имеет "пропавшие" точки, причем для реконструированного трека легко вычислить, на каком расстоянии от проволочки должна была находиться первичная ионизация. По отобранным событиям упругого рассеяния изучалась вероятность потери срабатывания для трека e⁺ в зависимости от угла $\varphi$ внутри ячейки, характеризующего расстояние дрейфа ионизации до проволочки. Выбирался трек именно с положительным знаком заряда, потому что при условиях набора данных детектором КМД-2 ( отрицательное значение магнитного поля) кривизна положительно заряженного трека соответствует направлению угла Лоренца. В этом случае трек, пересекая границу ячеек, вызывает срабатывание одной проволочки на одном уровне по радиусу, в то время как трек с отрицательным зарядом иногда будет вызывать срабатывание двух проволочек одного уровня в соседних ячейках, что усложняет алгоритм вычисления эффективности. Таким образом, изучались распределения по вероятности срабатывания от трека e⁺, усредненные для проволочек, расположенных на одном радиусе. Всего получалось 19 таких спектров для каждого из слоев дрейфовой камеры. Причины потерь срабатываний грубо можно разделить на следующие:

  

Figure: Вероятность срабатывания проволочек дрейфовой камеры данных 1996 года в зависимости от угла $\varphi$ в ячейке для проволочек, расположенных на разных радиусах. Точки с ошибками -- эксперимент, сплошная линия -- моделирование, учитывающее только геометрические факторы.

• Из-за большого значения угла Лоренца на некоторых проволочках геометрически возникает область неэффективности, что можно видеть из Рис.3. Этот эффект автоматически учитывается в моделировании при правильном задании значения угла Лоренца. Величина угла Лоренца подбиралась для описания экспериментальных данных по эффективности дальней от места встречи проволочки (19 слой). Для данных 1996 года при скорости дрейфа 0.0045 см/нсек угол Лоренца равен $28^\circ$.
• Из-за малой длины трека при пересечении края чувствительной области. Срабатывание в моделировании возникало бы, даже если трек слегка задел чувствительную область. Поэтому была введена поправка, учитывающая зависимость эффективности проволочки от длины трека внутри чувствительной области.
  
    

  Figure: Профиль эффективности проволочек дрейфовой камеры данных 1996 года в зависимости от угла $\varphi$ в ячейке.

  
  
  
• И, наконец, потери эффективности, определяемые такими физическими процессами в дрейфовой камере, как поглощение в газе, флуктуации амплитуды и т.п. Именно эту часть необходимо получить из экспериментальных данных.

  

Figure: Профиль эффективности проволочек дрейфовой камеры данных 1993 года в зависимости от угла $\varphi$ в ячейке.

На Рис. 8 приведены распределения для вероятности срабатывания проволочек, полученные из данных последнего сканирования $\phi$-мезона 1996 года. В первом ряду распределений представлены 3 проволочки из первого слоя дрейфовой камеры, в среднем ряду -- из второго слоя, и в нижнем -- третьего. Там же показаны соответствующие распределения из моделирования, полученные с учетом только длины трека в чувствительной области и геометрического фактора за счет угла Лоренца. Рисунок иллюстрирует правильность учета этих факторов, т.к. положение и наклон краев распределения хорошо описывается.

Эффективность проволочек за счет поглощения в газе и т.п. определяется как отношение приведенных на Рис. 8 гистограмм. На Рис. 9 приведены такие отношения вместе с функциями подгонки, которые и закладывались в моделирование для описания данных 1996 года. Можно видеть, что для первых двух слоев дрейфовой камеры эффективность не зависит от угла в ячейке, а в последнем, третьем слое уже наблюдаются краевые эффекты в ячейке и эффекты поглощения. В этом случае эффективность описывалась функцией, которая принимала постоянное значение в некоторой области углов, а за пределами этой области линейно уменьшалась.

Параметры, задающие эффективность проволочек, довольно заметно меняются в течение одного эксперимента (например, различные сканирования $\phi$ мезона 1996 года). Необходимо аккуратно усреднить эти параметры по заходам, используемым для конкретного анализа. Такая работа проводится, и в ближайшее время в программу будет введена дополнительная карта SCAN для более подробного разбиения данных на группы.

В данных, набранных в 1993 году, потеря срабатываний в третьем слое дрейфовой камеры была гораздо более значительна из-за технических неисправностей, связанных с замыканием внешнего электрода. На Рис. 10 приведены полученные таким же методом профили эффективности для данных 1993 года вместе с параметрами подгонки. Видно, что наиболее существенные потери эффективности имеются в третьем слое дрейфовой камеры, а самая дальняя 19-я проволочка вообще срабатывает лишь в узкой области около сигнальной проволочки, но и там эффективность не превышает 25%.

Профили эффективностей, полученные для экспериментальных данных различного типа, заложены в программу моделирования.

  

Figure 11: Разрешение в зависимости от времени, измеренного в дрейфовой камере, для данных 1996 года. a) -- для первых двух слоев камеры, b) -- для третьего слоя.