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Juan Antonio Garzón talk about the Timtrack software. …

Juan Antonio Garzón talk about the Timtrack software.
Facultad de Matematicas USC, Santiago de Compostela, November 2009.

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  • 1. Proyecto timtrack timtrack timtrack timtrack timtrack timtrack timtrack Un nuevo algoritmo de tracking para timtrack TRASGOS timtrack timtrack timtrack timtrack Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 2. Uno de los métodos para profundizar en el conocimiento de la estructura de la materia consiste en realizar colisiones entre partículas o núcleos de muy alta energía y analizar los productos resultantes. Para ello se requieren grandes aceleradores Los resultados de la aniquilación, cientos o miles de partículas cargadas y neutras, ligeras o pesadas se miden y graban mediante equipos con hasta millones de canales de lectura Para ello se requiren los detectores Los detectores producen información electrónica que después se ha de reconstruir e identificar para obtener la máxima información de lo acaecido en la interacción Para ello se requieren algoritmos y programas de Reconstrucción y Análisis Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 3. Toda la información de una colisión está en los cuadrimomentos, masas y espines de las partículas producidas en la interacción M1 M2 Q = q1 + q2 M= V(E1+E2)2 - (p1+p2)2 T,Q t1,q1 t2, q2 Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 4. Un gran ejemplo: ATLAS, en el CERN Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 5. Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 6. In particle physics, the tracking is the act of measuring the direction and magnitude of charged particles momenta. The particles entering a tracker (the device used for tracking), release part of their energy in the device: the tracker has to be finely segmented in order to be able to reconstruct with good precision where the particle passed. Since the tracking is usually made in a region where a magnetic field is present, it is possible to reconstruct part of the helix made by the particle inside the tracker (that is called track), and from the track parameters, and by knowing the mass of the particle under study (which is known by the use of particle identification), it is possible to reconstruct the actual direction and magnitude of the particle momenta. From these information the tracking of charged particles can be used to reconstruct secondary decays, this can be done for B-tagging (in experiments like CDF or at LHC) or to fully reconstruct events (like in BaBar and Belle). Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 7. Algunos tipos de detectores de tracking (o rastreo) a lo largo de la historia • Cámaras de Niebla o de Wilson • Emulsiones • Cámaras de burbujas • Cámaras de hilos: • Cámaras multihilos: MWPC • Cámaras de deriva: DC • Cámaras de proyección de tiempos: TPCs • Otras: • Tubos de “streamer”, PPCs, RPCs • Detectores de píxeles o de silicio Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 8. Cámara de Wilson (cloud chamber) Cloud-chamber photograph, showing track of positively charged particle (C. D. Anderson - 1932) Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 9. Emulsiones fotográficas A K meson stops at P, decaying into a muon and neutrals. The muon decays at Q to a electron and neutrals. The muon track is shown in two long sections. Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 10. Cámara de burbujas The bubble chamber picture of the first omega-minus An incoming K- meson interacts with a proton in the liquid hydrogen of the bubble chamber and produces an Ω-, a K° and a K+ meson which all decay into other particles. Neutral particles which produce no tracks in the chamber are shown by dashed lines. The presence and properties of A 7-foot chamber the neutral particles are established by analysis of the Proyecto tracks of their charged decay products and application of at Brookhaven Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009 the laws of conservation of mass and energy.
  • 11. Cámaras de ionización gaseosa Contadores proporcionales Cámaras multihilos Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 12. Cámaras de hilos: Cámaras proporcionales Principle of operation: A charged particle passing through a Geiger counter causes ionization. The ionization electrons drift to the wire creating further ionization, so producing a large signal. Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 13. Cámaras de deriva - To achieve a high spatial solution over large area, an enormous number of wires is required --> high cost - A great reduction in cost can be achieved by using drift chambers (planar or cylindrical proportional chambers) Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 14. Cámaras de deriva Some 35,000 fine wires are strung the length of the cylinder between precisely placed holes in the aluminum ends. When the chamber is filled with a gas mixture and high voltage is applied to The wires are arranged in layers that pass through the groups of wires it becomes a giant set of cylinder at three different angles. The set of wires that give Geiger counter a signal can be used to allow computer reconstruction of Proyecto the paths of all the charged particles through the chamber de tracking para Trasgos:. 1.12 2009 Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo
  • 15. RPCs o Centelleadores Son muy útiles por su comodidad, eficiencia, resolución temporal… RPC cosmic ray test stand: INFN Roma Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 16. Identificación de Partículas El tracking requiere trabajar a la vez con con partículas en diversos rangos de masa, carga y energías Alice uses ~ all known techniques! Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 17. Identificación de Partículas Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 18. Para conseguir grandes resoluciones y eficiencias en la reconstrucción de trayectorias se colocan diversos detectores de tracking en serie, complementando sus prestaciones y se recurre a algoritmos de búsqueda (finding) a ajuste (fitting) muy depurados ATLAS Pixel Detectors: 3 barrels, 2 x 4 discs 2.14 m² sensitive area ~ 80 million channels Silicon-Strip (SCT): 4 barrels, 2 x 9 discs ~ 60 m² sensitive area ~ 6.2 million channels Transition Radiation Tracker TRT: 372000 straw tubes in barrel and end-caps Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 19. ALICE: Inner Tracking System (ITS) SSD SDD SPD Lout=97.6 cm Rout=43.6 cm • 6 Layers, three technologies (keep occupancy ~constant ~2% for max mult) • Silicon Pixels (0.2 m2, 9.8 Mchannels) • Silicon Drift (1.3 m2, 133 kchannels) • Double-sided Strip Strip (4.9 m2, 2.6 Mchannels) Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 20. Métodos y Algoritmos de Tracking: No existe un método ideal y cada situación puede requerir una solución distinta. Esta puede depender de la multiplicidad, resolución deseada, granularidad del detector, ruido (falsas señales). Algunos son complementarios y se utilizan simultaneamente (secuencialmente) en el mismo experimento. • Mínimos cuadrados (LSM) :es la base de casi todos los métodos • Filtrado de Kalman: prácticamente el mas utizado • Algoritmo de Hough (e.g. MINOS, ALICE, CBM) : Util con mucho ruido • timtrack (LabCAF/USC): Hecho en casa Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 21. timing tracking timtrack es el algoritmo de tracking ideado para reconstruir partículas mediante los detectores tipo Trasgo. Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 22. TRASGO (TRAck reconStructinG mOdule) es un detector capaz de trabajar de forma autónoma con plena capacidad de medir la trayectoria y el tiempo de paso de las partículas cargadas DAQ Electronics Network Power supplies Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 23. timtrack Las principales características de timtrack son las siguientes: 1. Es un método de minimos cuadrados (LSM) - Permite usar el potente formarlismo matricial del método 2. Trabaja con todos los datos primarios proporcionados por los detectores: - Utiliza el máximo posible de información - No hace reduccíón de datos (P.ej: tiempo a coordenadas) 3. Deja libre en el ajuste, no solo los parámetros de la trayectoria (2 coordenadas y 2 pendientes), sino también su tiempo de paso por un plano de referencia y la velocidad de la partícula. Dicho conjunto de 6 parámetros recibe el nombre de: SAETA (SmAllest sEt of daTA ) s = (X0, X’, Y0, Y’, T0 y V) Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 24. Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 25. Desde el punto de vista matemático es equivalente y mas cómodo redefinir Saeta: s = (X0,X’,Y0,Y’,T0,1/Vz) siendo Vz la proyección de la velocidad sobre el eje z: V = Vz · Sqrt(1+X’2+Y’2) Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 26. L x z Saeta X’ V X0 T0 Vz z=0 Y’ Y0 y Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 27. timtrack 1er. Paso - Definir el modelo que proporciona las cantidades medidas por el detector en función de los parámetros de la saeta. Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 28. x Times Ejemplo Strip-like detector X-type plane z T T’ z=zi z=0 y 0 0 Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 29. x Times X-type plane z T V T’ X’ X0 T0 z=zi Y’ z=0 Y0 y Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 30. x Times X-type plane T z T’ X’ V X0 T0 z=zi Vz Y’ z=0 Y0 y Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 31. x Times X-type plane Ti z T’i V X’ X0 T0 z=zi Y’ z=0 Y0 y Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 32. x Coordinates X-type plane z Xi V X’ X0 T0 z=zi Y’ z=0 Y0 y Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 33. x Ti Y-type plane z V X’ X0 T0 z=zi z=0 Y’ T’i Y0 Yi y Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 34. timtrack 1er. Paso - Definir el modelo: Este depende ligeramente del tipo de plano: Planos X Planos Y 3 ecuaciones (condiciones) por plano Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 35. timtrack 2do. paso - Construir la función S a ser minimizada x V X’ n planes X0 T0 Y’ Y0 y Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 36. timtrack 2do.. Paso - Sumar las contribuciones a S en los n planos: K=XoY K=YoX Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 37. timtrack 2do. Paso - Expandiendo S: Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 38. timtrack 2do. Paso - Que se puede escribir de forma mas compacta como: siendo: Saeta Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 39. timtrack K (Matriz de configuración): depende del detector Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 40. timtrack a (vector de datos reducidos): depende de los datos (Está formado basicamente por sumas y restas pesadas de los datos) Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 41. timtrack 3er. Paso - Aplicar el método de minimización De: Implica que Puesto que K es definida positiva tiene inverso y: Ecuación que proporciona la saeta directamente de los datos Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 42. timtrack 3er. Paso: - Conjunto de soluciones (Cramer): siendo: Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 43. timtrack Análisis de incertidumbres - La matriz de error es: Las incertidumbres se puede calcular facilmente a partir de la matriz de configuracion K Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 44. timtrack Comentarios: - El método se puede ampliar facilmente al caso en el que hay correlaciones entre las medidas (P.ej: tiempos leidos) - Solo 2 planos con lectura de tiempos a los dos lados proporcionan la medida completa de una saeta - La solución tiene forma matricial: fácil de programar - Las correcciones a la matriz K en detectores reales (coeficientes pueden depender de la posicion, de la pendiente….) son fáciles de incorporar en un proceso iterativo. - Existen muchas configuraciones de detectores con la misma matriz de configuracion Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 45. timtrack Otros detectores con la matriz de configuración K con la misma estructura Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 46. timtrack x x XBack (X,Y) vs2 vs1 ymin YBack y y XFront Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 47. timtrack Solo cambia la forma explícita de los coeficientes: Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 48. timtrack Detectores de pads o píxeles : ∆Yi X ∆Xi Xi X0 z zi z=0 Y0 Yi Y Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 49. timtrack Detectores de pads o píxeles Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 50. timtrack Otros detectores requieren una matriz K con otra estructura Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 51. timtrack Otros detectores de “strips” L x Ki z ’ V z=0 y Coordenadas transversales definidas por φ: Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 52. K x XBack x XB Ti’ K (Xp,Yp) -vs sinφ vs Kim X vs cosφ Kip φ φ YBack + YFront YF - YB y Y y Ki XF XFront Ti K=0 K=0 Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 53. timtrack Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 54. timtrack Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 55. timtrack Solución para el caso general: La solución es: (Cramer): Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 56. timtrack Comentario: - El “problema” del método es que requiere la inversión de una matriz. Esto puede dar problemas a veces (si la matriz no está bien acondicionada) aunque existen numeros métodos algebraicos y numéricos para hacerlo Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 57. timtrack Un ejemplo típico: 2 centelleadores T’2 T’1 y ➱ vs1 ➱ ➱ vs2 (Yo,Y’,V,T0) ➱ z1 z2 z T L1 L2 τ = T1 vs T2 Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 58. timtrack Un ejemplo típico: 2 centelleadores idénticos Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 59. timtrack Cámaras de deriva Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 60. timtrack Cámaras de deriva x z d h s X’ V X0 T0 Y’ z=0 Y0 y Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 61. timtrack Cámaras de Deriva El tiempo medido en un extremo tiene 3 componentes s d f T= + + V vd vs 1.Tiempo de vuelo desde z=0 hasta z=zplane 2.Tiempo de deriva de los electrones 3.Tiempo de la señal hasta el extremo Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 62. timtrack Cámaras de deriva 1.Tiempo de vuelo desde z=0 a z=zplane (Aproximación con corrección de pendiente) Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 63. timtrack Cámaras de deriva 2do. Paso: s d f ( + + ) V vd vs Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 64. timtrack Cámaras de deriva Ahora el modelo es no lineal y la solución debe de calcularse de forma iterativa: 1. Calcular la Saeta 2. Sustituir X’ e Y’ en el modelo 3 Volver al punto 1 Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 65. timtrack Cámaras de deriva: Matriz K Cut Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 66. timtrack Cámaras de deriva: Vector de datos reducidos Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 67. timtrack 3er. Paso - Resolver el sistema de ecuaciones Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 68. Temas abiertos: - Aplicación a otros casos: Detector RICH con medida de V - Determinación de matriz correctora - Operación con saetas - Reducción de saetas Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: A tracking algorithm for trasgos. GSI 20.11 2009 Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 69. Aplicación a otros casos: Detector RICH con medida de V: Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 70. Aplicación a otros casos: Detector RICH con medida de V: Un RICH da una medida de la velocidad absoluta V y de las pendientes X’ e Y’ Cómo componerlo con RICH detectores que miden 1/Vz? Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 71. Determinación de matriz correctora: En el caso ideal: Detector ideal Datos ideales que conduce a: Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 72. Determinación de matriz correctora: Resumen del desarrollo general: Modelo: Función a minimizar: Matriz de Proyección: Caso lineal: Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 73. Determinación de matriz correctora: que también se puede escribir: Detector ideal Detector ideal Datos ideales Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 74. Determinación de matriz correctora: pero, en la práctica: Detector real Datos reales Vector de calibración Matriz correctora Detector ideal Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 75. Algebra de saetas: Extensión de saetas Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 76. Algebra de saetas: Rotación de saetas Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 77. Algebra de saetas: Reducción de saetas Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009
  • 78. The END-minado Proyecto Juan A. Garzón. timtrack: Un algoritmo de tracking para Trasgos:. 1.12 2009

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