Date post: | 05-Apr-2015 |
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HERA-B
Großexperiment am HERA-Protonenring des DESY Hamburg
Vortrag von Daniel Richter, 23.06.06
Gliederung
Überblick Physikalische Motivation Detektoraufbau & Komponenten Triggersystem Probleme
Überblick
Was ist HERA-B ? Fixed-Target-Spektrometer am HERA-Ring des DESY
Hamburg Int. Kollaboration aus 32 Instituten aus 13 Ländern Draht-Targets im Halo des Protonstrahls,
Strahlenergie: 920 GeV, -Resonanz, 10.4 MHz Abmessungen: 8m x 20m x 9m, Gewicht: ca. 1000 T Proposal 1994, Datennahme 1999-2003 Datenauswertung noch nicht abgeschlossen
Überblick
Hauptziel: Messung der CP-Verletzung im SM Weitere Forschungsgebiete von HERA-B:
Messungen des Wirkungsquerschnitts für
Prod.
Charmonium Produktion, Quark-Gluon-Plasma,
Absorption in Kernmaterie,
Hadronisation, gebundene Zustände von Quarks
Pentaquarks
Überblick
Herausforderungen: Kein Vorbilddetektor vorhanden
Hohe Teilchenflüsse und Ereignisraten,
damit hohe Strahlenbelastung der Detektorkomp.
Hoher Untergrund, effizientes neuartiges
Triggerverfahren notw.
Neue Detektortechnologien
Pionierarbeit und Technologietransfer für LHC
Physikalische Motivation
CP-Verletzung der Schwachen WW Untersuchung an B-Mesonen
„Goldener Zerfallskanal“
klare Signatur
Physikalische Motivation
Asymmetrie in Zerfällen:
B-Mesonen entstehen paarweise durch
(i)
(ii)
erlaubt Flavour-Tagging für neutrale B-Mesonen
Physikalische Motivation
Detektoraufbau & Komponenten
Target
8 Drähte auf 2 Stationen, Vakuum Bewegliche Gabeln, schnelle individuelle
Anpassung an Protonstrahl, 10Hz, Materialien: C, Ti, Al, W, Pd 1 oder mehrere Drähte gleichzeitig nutzbar Ladungsintegrierer für gleichmäßige Verteilung Szintillatoren überwachen WW-Rate Luminosität fast beliebig justierbar
Target
Target
Si-Vertex-Detektor (SVD)
Aufgabe: Rekonstruktion von Sekundärvertizes, Tracking in der Nähe des WW-Punkts
64 doppelseitige Si-Strip-Module in 8 Superlagen, 7 in Vakuumtank+Justiervorrichtung
Lebensdauer 1 Jahr für WW-Rate von 40 MHz Stereowinkel zu x,y-Achse von 50x70 mm² sensitive Fläche je Modul,
Auflösung:
Si-Vertex-Detektor (SVD)
Si-Vertex-Detektor
Trackingsystem (ITR & OTR)
2 unterschiedliche Technologien ITR: MSGCs + GEM (Gas Electron Multiplier)
OTR: Honeycomb Drift Chambers
Normalleitender Magnet Feldstärke: 0.8 T, 1 MW Leistung
Magnetfeld entlang y-Richtung, einige der
Spurkammern im Magnetvolumen angebracht
Trackingsystem (ITR & OTR)
Inner Tracker (ITR): 184 MSGCs mit insges. 18 m² Detektorfläche,
140.000 Auslesekanäle,10000 Triggerkanäle 6-25 cm Abstand von Beampipe, hoher Teilchenfluss
Dosis: 1 Mrad/Jahr, Teilchenraten bis zu MIP/s/mm² 10 Stationen, 4 Kammern = 1 Layer, Doppellagen Stereowinkel Material: Glassubstrat mit Goldstrips,
Trackingsystem (ITR & OTR)
Kammergas: 70% Ar, 30% CO2
Gasverstärkung: (10-100)[GEM] x (200-1000)[Strips]
Trackingsystem (ITR & OTR)
Trackingsystem (ITR & OTR)
Outer Tracking (OTR): 20 cm - 6 m Abstand vom Strahl, akt. Fläche 1000 m²
Module ebenfalls unter Stereowinkeln
Ar-CF4- CO2 Gemisch (65:30:5)
in drei Bereiche unterteilt: (i) vor und innerhalb des Magneten (ii) Pattern-Recog.-Area nach dem
Magneten (iii) Triggerarea zwischen RICH und ECAL
Trackingsystem (ITR & OTR)
2 verschiedene Kammerdurchmesser (5/10 mm) in
Abh. vom Teilchenfluss (ca. 30 MHz/R²)
Trackingsystem (ITR & OTR)
Cherenkov Detektor (RICH)
Ring Imaging CHerenkov Counter Primäraufgabe: Identifikation von Hadronen (insbes.
Kaonen als Flavour-Tag, Pionen)
108 m³ Radiatorgas (C4F10), kontinuierl. Gasreinigung
Sphärischer Spiegel: R=11.4 m (center@Target), gesplittet u. horizontal um
9° gekippt 80 Hexagons, indiv. justierbar Al- und MgF2 beschichtet
Cherenkov Detektor (RICH)
2 ebene Spiegel mit je 18 Elementen
Hoher Teilchenfluss (O(1) MHz/cm²)
2250 Photomultiplier mit 4 und 16 Anoden +
vorgelagerte Optiken (red. Pixelgröße), 300-480 nm
23808 9x9 mm² Pixel, 3008 18x18 mm² Pixel
RICH auch als Tracker nutzbar Ring-Search-Alg. Flugrichtung Vgl. mit SVD + Bahnkrümmung im B-Feld, ECAL
Cherenkov Detektor (RICH)
Kalorimeter (ECAL)
2344 Module vom Shashlik-Typ, ca. 6000 Kanäle Szintillator/Absorber-Sandwich-Struktur Plastik Wellenlängenschieber („Shashlik“) und PMs 11.15 x 11.15 cm²
Variable Granularität: 25, 4, 1 Zelle(n)/Modul
Schauermaterialien: W-Ni-Fe und Blei (mitte u außen)
20-23 Strahlungslängen tief
Ca. 4,7 m x 6,2 m aktive Fläche
Auflösung: (0.65+3.5/p) mrad „single Photon“
Kalorimeter (ECAL)
Auflösung:
Kalorimeter (ECAL)
Myon-System
Hauptaufgaben: Pretriggersignal für FLT Myonen v. Hadronen separieren
Myon-Filter + 4 Superlayer Myon Kammern
Filter: 3 Layer Eisen und Beton Abschirmung
Muon-Layer 1 & 2: 3 Layer Tube/Pad-Chambers mit 1 Layer Gas-Pixel-Chambers (innen)
Myon-System
Myon-Layer 3 & 4: 1 Layer Tube/Pad-Chambers, 1 Layer Gas-Pixel-D. Pretrigger, FLT & off Line Analysis
Myon-System
Für Akzeptanz von bei Bestimmung von
O(1000) rekonstr. B-Zerfälle benötigt
O(1015) Kollisionen mit mehreren WW pro Bunch-crossing, ca. 40 MHz (10.4 MHz HERA + 4 WW je Bunch-crossing)
O(150-200) Teilchen pro bunch-crossing alle 96 ns
HERA-B Triggersystem
Selten!
HERA-B Triggersystem
HERA-B Triggersystem
Effizientes und schnelles Triggersystem
Pretrigger: definiert Trackkandidaten für FLT (Leptonpaare)
2 unabhängige Pretrigger: ECAL und Myon-S. ECAL: deponierte Energie Elektron-Kandidat
Myon: koinzidente Hits Myon-Kandidat
Pretrigger übergibt Kandidaten an FLT
HERA-B Triggersystem
First-Level-Trigger: Startpunkt an Pretrigger-Punkten, TFU‘s bestimmen
RoI‘s, Kalman Filter
TFU‘s suchen in Teilen des Tracking-S. bis Magnet
Falls überall Hits Übergabe an TPU, diese
bestimmt: Teilchenart, Ladung, Impuls (Look-Up-
Tables)
TDU bestimmt invariante Masse, kombiniert Spuren
Masse ausreichend für Daten an SLB
HERA-B Triggersystem
HERA-B Triggersystem
Second-Level-Trigger: „Refining“ der Spuren
verw. mehr Detektorinformationen aus dem SLB
alle Layer des Trackingsystems + SVD
Untersuchung auf Sekundärvertex (große
Unterdrückung direkter )
HERA-B Triggersystem
3. & 4. Trigger-Level: Verwendet alle Detektordaten, Spurfit
Alle Spuren des Events rekonstruiert und analysiert
Liefert Daten zur Detektorkalibration, „Monitoring“
Rekonstruierte c- und b-Hadronen (4thLT)
Tagging (4thLT)
Probleme bei HERA-B
Probleme bei HERA-B
MSGCs: 1994 konventionelle MSGC instabil unter intensiver
Bestrahlung 1995 „diamond-like-coating“
verbessert Oberflächenwiderstand
1996 induz. Durchschläge beobachtet unter Hadr.
Bestrahlung (nur 1/3 HERA-B)
1997 GEM & two-step Gasverst.
1998 erneute Durchschläge an GEM andere
Feldgeometrie
Probleme bei HERA-B
1998 massive Probleme mit Gasalterung an
Serienmodell Ar/DME ersetzt durch Ar/CO2
Honeycomb-Chambers: „Malter currents“ Beschichtung
Anodenalterung nach Bestr. CH4 CO2
„Support–Strips“ werden leitend in Gegenwart von H2O
Kontrolle des Wassergehalts
Serienproduktion um 1.5 a verzögert!
Probleme bei HERA-B
Umorientierung: Probleme führen zu Verzögerungen
andere Experimente (SLAC, KEK) kommen schneller
voran, e+/e- Kollider, „B-Fabriken“
2000 Hauptziel CP aufgegeben
Verändertes Programm bietet völlig neue
Möglichkeiten (QCD, Quark-Gluon-Plasma etc.)
Hauptziel zwar verfehlt aber Pionierarbeit für
kommende Experimente mit ähnl. Anf., LHC