Das HV-MAPS basierte MuPix Teleskop DPG Frühjahrstagung in Wuppertal Jonathan Philipp für die Mu3e Kollaboration 10. März 2015

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Das HV-MAPS basierte MuPix Teleskop

DPG Frühjahrstagung in Wuppertal

Jonathan Philipp für die Mu3e Kollaboration

10. März 2015

Jonathan Philipp Das HV-MAPS basierte MuPix Teleskop 1

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Motivation

Warum werden Strahlteleskope benötigt?

• Spurrekonstruktion

→Test neuer Sensoren

• Charakterisierung der Vielfachstreuung von Materialien

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Motivation

Warum ist ein Strahlteleskop mit HV-MAPS sinnvoll?

• Teleskop für niederenergetische Teilchen, welches hohe Raten verarbeiten kann

• ΘMS ∝ ¹_pq_x

X0 →Minimierung des Materials

• Integrationstest des Mu3e Experiments

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Konzept

Strahl

MuPix auf PCBs

Szintillator Szintillator

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Mechanik

• optomechanische Komponenten von Thorlabs^R

• präzise und kompakt

200-260mm

max. 600 mm min

25 mm

optical table

rail MuPix Beam

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Datennahme

MuPix

1 MuPix

MuPix 4

2 MuPix

3

Readout PC & GUI & Monitoring

FPGA 1 FPGA 2

Szintillatoren

RO &

Control RO &

Control

Hits Hits

Daten Contr Daten

ol

Contr ol Zeit-

information

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Teststrahl

Teststrahl am PSI im Juli 2014

• Mischung aus Pionen, Myonen and Elektronen

• Impuls: 250 MeV

Teststrahl am DESY im März 2015

• Elektronen

• Impuls: 5 GeV

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Datenauslese

maximale Spurrate

• maximal erreichte Trefferrate:

1,5 MHz

→kein Problem für die Datenaufnahme

→Flaschenhals: Kommunikation zwischen FPGA und PC

→Direct Memory Access

→100 MHz möglich

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Mechanische Präzision & Korrelationen

maximale Verschiebung zweier Lagen: 8 Pixel =b 0,64 mm

Spalte Sensor 1

0 5 10 15 20 25 30

Spalte Sensor 2

0 5 10 15 20 25 30

1 10 102 103

Reihe Sensor 2

0 5 10 15 20 25 30 35

Reihe Sensor 3

0 5 10 15 20 25 30 35

1 10 102 103

Reihe Sensor 1

0 5 10 15 20 25 30 35

Reihe Sensor 2

0 5 10 15 20 25 30 35

1 10 102 103

Reihe Sensor 1

0 5 10 15 20 25 30 35

Reihe Sensor 4

0 5 10 15 20 25 30 35

1 10 102 103

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Verteilungsbreiten

• Mittelwert: 0,1 Pixel

• Sigma: 1,12 Pixel

• intrinsische Pixelauflösung: ^√¹₁₂ ≈0,28 Pixel

/ ndf

χ2 1.302e+04 / 51

Constant 3.223e+04 ± 1.538e+02 Mean −0.1134 ± 0.0038 Sigma 1.122 ± 0.004

Differenz zwischen Spalte 1 und 2 [pixel]

−40 −30 −20 −10 0 10 20 30 40 0

5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

/ ndf

χ2 1.302e+04 / 51

Constant 3.223e+04 ± 1.538e+02 Mean −0.1134 ± 0.0038 Sigma 1.122 ± 0.004

• Sensordicke: 250µm

→ _X^x

0 = 2,1 h

→Pixel ausreichend klein

→Sensoren dünnen

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Ausrichtung

Run number

360 380 400 420 440 460 480

Residualsy mean [um]

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

Residuals in y for plane 0 Residuals in y for plane 1 Residuals in y for plane 2 Residuals in y for plane 3

Run number

360 380 400 420 440 460 480

RMS of residuals y mean [um]

20 25 30 35 40 45 50 55 60

RMS of residuals in y for plane 0 RMS of residuals in y for plane 1 RMS of residuals in y for plane 2 RMS of residuals in y for plane 3

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Effizienz

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Effizienz

Hochspannung [-V]

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Effizienz

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

=0,65V) Hochspannungs-Scan (VTh

Threshold voltage [V]

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Effizienz

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Threshold scan (HV= -60V)

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Zusammenfassung

• erstes HV-MAPS Teleskop erfolgreich im Betrieb

• hohe Teilchenraten (1,5 MHz) können verarbeitet werden

• Testrahlanalyse mit neuem Prototyp noch nicht

beendet

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Ausblick

• höhere Teilchenraten

• Echtzeitspurrekonstruktion

• weitere Testbeams

• neuer Prototyp MuPix7

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Das HV-MAPS basierte MuPix Teleskop DPG Frühjahrstagung in Wuppertal Jonathan Philipp für die Mu3e Kollaboration 10. März 2015