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HERA-B Großexperiment am HERA- Protonenring des DESY Hamburg Vortrag von Daniel Richter, 23.06.06.

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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

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% CO 2 Gasverstärkung: (10-100)[GEM] x ( )[Strips]

19 Trackingsystem (ITR & OTR)

20 Outer Tracking (OTR): 20 cm - 6 m Abstand vom Strahl, akt. Fläche 1000 m² Module ebenfalls unter Stereowinkeln Ar-CF 4 - CO 2 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 (C 4 F 10 ), kontinuierl. Gasreinigung Sphärischer Spiegel: R=11.4 m gesplittet u. horizontal um 9° gekippt 80 Hexagons, indiv. justierbar Al- und MgF 2 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 Kanäle Szintillator/Absorber-Sandwich-Struktur Plastik Wellenlängenschieber (Shashlik) und PMs x cm² Variable Granularität: 25, 4, 1 Zelle(n)/Modul Schauermaterialien: W-Ni-Fe und Blei (mitte u außen) 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 Für Akzeptanz von bei Bestimmung von O(1000) rekonstr. B-Zerfälle benötigt O(10 15 ) 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 HERA-B Triggersystem Selten!

33 HERA-B Triggersystem

34 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, TFUs bestimmen RoIs, Kalman Filter TFUs 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 fürDaten an SLB

36 HERA-B Triggersystem

37 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 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 erneute Durchschläge an GEM andere Feldgeometrie

41 Probleme bei HERA-B 1998 massive Probleme mit Gasalterung an SerienmodellAr/DME ersetzt durch Ar/CO 2 Honeycomb-Chambers: Malter currents Beschichtung Anodenalterung nach Bestr.CH 4 CO 2 Support–Strips werden leitend in Gegenwart von H 2 O 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


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