HERA-B Großexperiment am HERA-Protonenring des DESY Hamburg

Präsentation zum Thema: "HERA-B Großexperiment am HERA-Protonenring des DESY Hamburg"—  Präsentation transkript:

1 HERA-B Großexperiment am HERA-Protonenring des DESY Hamburg
Vortrag von Daniel Richter,

2 Gliederung Überblick Physikalische Motivation
Detektoraufbau & Komponenten Triggersystem Probleme

3 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 T Proposal 1994, Datennahme Datenauswertung noch nicht abgeschlossen

4 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

5 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

6 Physikalische Motivation
CP-Verletzung der Schwachen WW Untersuchung an B-Mesonen „Goldener Zerfallskanal“ klare Signatur

7 Physikalische Motivation
Asymmetrie in Zerfällen: B-Mesonen entstehen paarweise durch (i) (ii) erlaubt Flavour-Tagging für neutrale B-Mesonen

8 Physikalische Motivation

9 Detektoraufbau & Komponenten

10 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

11 Target

12 Target

13 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:

14 Si-Vertex-Detektor (SVD)

15 Si-Vertex-Detektor

16 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

17 Trackingsystem (ITR & OTR)
Inner Tracker (ITR): 184 MSGCs mit insges. 18 m² Detektorfläche, 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,

18 Trackingsystem (ITR & OTR)
Kammergas: 70% Ar, 30% CO2 Gasverstärkung: (10-100)[GEM] x ( )[Strips]

19 Trackingsystem (ITR & OTR)

20 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

21 Trackingsystem (ITR & OTR)
2 verschiedene Kammerdurchmesser (5/10 mm) in Abh. vom Teilchenfluss (ca. 30 MHz/R²)

22 Trackingsystem (ITR & OTR)

23 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 gesplittet u. horizontal um 9° gekippt 80 Hexagons, indiv. justierbar Al- und MgF2 beschichtet

24 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), nm x9 mm² Pixel, x18 mm² Pixel RICH auch als Tracker nutzbar Ring-Search-Alg Flugrichtung Vgl. mit SVD + Bahnkrümmung im B-Feld, ECAL

25 Cherenkov Detektor (RICH)

26 Kalorimeter (ECAL) 2344 Module vom Shashlik-Typ, ca. 6000 Kanäle
Szintillator/Absorber-Sandwich-Struktur Plastik Wellenlängenschieber („Shashlik“) und PMs 11.15 x 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: ( /p) mrad „single Photon“

27 Kalorimeter (ECAL) Auflösung:

28 Kalorimeter (ECAL)

29 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)

30 Myon-System Myon-Layer 3 & 4:
1 Layer Tube/Pad-Chambers, 1 Layer Gas-Pixel-D. Pretrigger, FLT & off Line Analysis

31 Myon-System

32 HERA-B Triggersystem Für Akzeptanz von bei Bestimmung von Selten!
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( ) Teilchen pro bunch-crossing alle 96 ns Selten!

33 HERA-B Triggersystem

34 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

35 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

36 HERA-B Triggersystem

37 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 )

38 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)

39 Probleme bei HERA-B

40 Probleme bei HERA-B MSGCs:
1994 konventionelle MSGC instabil unter intensiver Bestrahlung „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

41 Probleme bei HERA-B Honeycomb-Chambers:
1998 massive Probleme mit Gasalterung an Serienmodell Ar/DME ersetzt durch Ar/CO2 Honeycomb-Chambers: „Malter currents“ Beschichtung Anodenalterung nach Bestr. CH CO2 „Support–Strips“ werden leitend in Gegenwart von H2O Kontrolle des Wassergehalts Serienproduktion um 1.5 a verzögert!

42 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