Lavinia Thimm CERN Projektwochen 2014 DHCAL Untersuchungen Lavinia Thimm CERN Projektwochen 2014

Detektivarbeit Fall übernehmen Spurensuche Kombinieren Ziel Rahmenbedingungen Spurensuche Kombinieren Schlussfolgerung 30.10.2014 Lavinia Thimm 2

? ? Fall übernehmen Ziel: Geladenes Teilchen + Masse/Impuls → Energie Welche Energie? Welches Teilchen? ? ? Geladenes Teilchen + Masse/Impuls → Energie P = mv = qBr E = √(m₀c²)²+p²c² → ziemlich genaue Energie!! Starkes Magnetfeld Kalorimeter Energie Teilchen → Energie genau bestimmen Bild Detektor → Driftkammern Energiebestimmung → Formeln Wieder weg! 30.10.2014 Lavinia Thimm 3

RPC Rahmenbedingungen: Detektor DHCAL - Prototyp: Hadronisches Kalorimeter (starke Wechselwirkung) - Sandwich Aufbau: Abwechselnd RPC – Detektoren / (1cm) Wolfram – Absorber - 54 Lagen, 1 x 1 cm Panels → sehr genaue Schauerstruktur (500 000 Auslesekanäle) V = 1x1m RPC: Plattenkondensator mit Gas innen drin, wenn Teilchen durchfliegt → Inonisation / Paarerz. Etc. → freies e- → sehr hohe Spannung → Lawineneffekt zur Anode → Signal Abwechselnd mit Wolfram → interagieren Stichprobenmessung (extrapolieren durch Proportionalität Ortsauflösung → bisher unerreichte Auflösung d. Struktur von hadr. Schauern → Warum → Spurensuche 30.10.2014 Lavinia Thimm 4

Versuchsaufbau: Unterscheidung von Pionen und Elektronen DHCAL Cherenkov Counter, Drift Chamber nur für Trigger und Position Main Stack (und auch Tail catcher, wird in Daten nicht wirklich unterschieden) Wichtig für Schauer analyse Main Stack: 39 Lagen: 1 cm dicke Wolfram Platten abwechselnd mit RPCs Tail Catcher:15 Lagen bis zu erste 8 : 2cm dick, rest 10 cm dick → Eisenplatten 30.10.2014 Lavinia Thimm 5

Spurensuche Schauer untersuchen →bestimmtem Teilchen zuordnen Myon (80GeV) Elektron (7 GeV) Welche Lagen aktiviert → Event aussehen → Teilchen erkennen Pion (80 GeV) 30.10.2014 Lavinia Thimm 6

In Anwendung: Myonen Pionen & Elektronen Totale Anzahl der Hits gegen den centerLayer ( 7 GeV ) Myonen Pionen & Elektronen X-Achse → nHits Y-Achse center Layer Eigenschaften der Teilchen → Warum Myonen da / piuonen und Elektronen zusammen da... 30.10.2014 Lavinia Thimm 7

Klassifizierung von Teilchen: Variablen Elektronen Pionen Myonen CenterLayer Zentrale Lage der Hits Klein → am Anfang gestoppt Größer → großer hadr. Schauer ~ Mitte → durch ganzen Detektor HitDensity nHits/aktive Layer Hoch → kleiner elek.mag. Schauer Kleiner ~1 – 2 → Myon trifft Ausleseplatz Cherenkov (niedrige E) Nur von e- aktiv Löst aus → kleine Masse Löst nicht aus → größere Masse Nicht → wie Pion Interaction-Layer Anfang d. Schauers Klein [<2] Etwas größer[>=2] → weiter als e- -1 → kann Algo eig. nicht ermitteln Haben Daten und Ziel → Wie herausfinden? → Kriterien : Cuts (Schnitte) Variablen erklären CenterLayer → Mitte der Events HitDensity → Dichte der Events Chernkov →Gas druck sbei niedriger Energie so geändert, dass Elektronen schneller als Licht sind, Pionen nicht InteractionLayer → Ort der (harten) Interaktion → Strahlungslänge in Wolfram so klein, dass.. → hadr. WWLänge >> Strahlungsl. → später als 1. Layer → bei Myonen: -1 , da Algo keinen Punkt finden kann 30.10.2014 Lavinia Thimm 8

Anteile der einzelnen Teilchen: Myonen → gerade durch Total (7 GeV) Elektronen → hohe Dichte Pionen → großer Schauer, niedrige Dichte → ~ 50 Hits [Anzahl Layer] → centerLayer ~ 25 [halbe Anzahl Layer] Pionen und Elektronen genauso erklären 30.10.2014 Lavinia Thimm 9

Kombination 1. Daten der versch. Teilchen trennen ( → Eigensch. Spurensuche nutzen ) 2. Pro gemessener Energie : → Alle Messungen addieren → Mittelwert (Anzahl der Hits) Mittlere Anzahöl der Hits nach Normalvert fit 30.10.2014 Lavinia Thimm 10

Mittelwert finden – Beispiel Pion [kalibrierte nHits] Kalibrierte Anzahl: Temperaturschwankungen/Druckänderungen → Schwelle / Ladungserzeugung geändert 30.10.2014 Lavinia Thimm 11

Kombination 1. Daten der versch. Teilchen trennen ( → Eigensch. Spurensuche nutzen ) 2. Pro gemessener Energie : → Alle Messungen addieren → Mittelwert (Anzahl der Hits) 3. Funktion: Energie → Mittelwert Hits finden Mittlere Anzahöl der Hits nach Normalvert fit 30.10.2014 Lavinia Thimm 12

Pionen: Hits Energie [ GeV ] 30.10.2014 Lavinia Thimm 13

Kombination Funktion nHits → Energie 1. Daten der versch. Teilchen trennen ( → Eigensch. Spurensuche nutzen ) 2. Pro gemessener Energie : → Alle Messungen addieren → Mittelwert (Anzahl der Hits) 3. Funktion: Energie → Mittelwert Hits finden 4. Umkehrfunktion finden Funktion nHits → Energie Mittlere Anzahöl der Hits nach Normalvert fit 30.10.2014 Lavinia Thimm 14

? ? ? Schlussfolgerung Schnitte Gemessene nHits 50 GeV Welches Teilchen? Welche Energie? → Umkehrfunktionen Pionen: Elektronen: Myonen: nicht sinnvoll (nicht gestoppt) ? Schnitte Gemessene nHits 50 GeV 30.10.2014 Lavinia Thimm 15

Quellen:. https://twiki. cern