Detector and Physics Performance of the ATLAS Inner Tracker

Abstract

The thesis presents two interconnected research directions within the ATLAS exper- iment at the Large Hadron Collider. The first part concentrates on the performance evaluation of the ATLAS ITk Strip subdetector modules developed for the HL-LHC up- grade. Detailed studies of module behavior, irradiation effects, external charge injection, and QA/QC methodologies are reported, focusing on the results from the Prague labora- tory. The complex laboratory monitoring system was developed together with many QC setups during the site qualification process in preparation for production starting in 2025. Results and discussions follow the pre-production series in the Prague subcluster. In ad- dition to general studies addressing issues such as cold noise effects and sensor cracking in larger substructures, the work also includes temperature-dependent bow measurements, beta-source and laser testing procedures, irradiation tests at Fermilab, beam tests at DESY, and the detailed development of a thermal-cycling box with custom hardware interlocks and NTC calibration studies. The second part focuses on the angular analysis of the rare flavour-changing neutral current decay B0 d → K∗ µ+ µ− . A novel acceptance description based on spherical harmonics was developed and validated against Monte Carlo data, providing...

Tato práce představuje dvě vzájemně propojené výzkumné oblasti v rámci experi- mentu ATLAS na urychlovači Large Hadron Collider. První část je zaměřena na evalu- aci vlastností a výkonnosti stripových modulů subdetektoru ATLAS ITk vyvíjených v rámci projektu HL-LHC upgrade. Práce obsahuje detailní studie chování detektorových modulů v provozních podmínkách, po jejich ozáření či po externí injekci náboje. Dále jsou popsány produkční QA/QC metodiky se zvláštním důrazem na výsledky z pražské laboratoře. V rámci procesu kvalifikace pracoviště byl vyvinut komplexní laboratorní mo- nitorovací systém a řada QC sestav v rámci přípravy na zahájení produkce v roce 2025. Předkládané výsledky a diskuse se týkají předprodukční série modulů v rámci pražského subclusteru. Kromě obecných studií, které se zabývají například efekty nízkoteplotního šumu a praskáním senzorů na podpůrných substrukturách, práce zahrnuje také teplotně závislá měření průhybu modulů, testy beta zářičem a laserem, ozařovací kampaň ve Fer- milabu, testbeam v DESY a detailní popis vývoje teplotního cyklovacího boxu s vlastním systémem hardwarových interlocků a studiemi kalibrace NTC senzorů. Druhá část práce je věnována úhlové analýze vzácného rozpadu B0 d → K∗ µ+ µ− . Byla vyvinuta a pomocí Monte Carlo dat ověřena nová parametrizace akceptance...