Collider Detector at Fermilab CDF

Übersicht Tevatron CDF Experimente Der CDF – Detektor Das Trigger – System

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Tevatron

H--Erzeuger und Vorbeschleuniger Tevatron H--Erzeuger und Vorbeschleuniger Im Cockroft-Walton-Beschleuniger werden Elektronen an Wasserstoffatome gebunden und die negativ geladenen Wasserstoffionen mittels Hochspannung auf 750 keV (0,04c) beschleunigt.

LINAC (Linearbeschleuniger) Tevatron LINAC (Linearbeschleuniger) Der LINAC beschleunigt die Wasserstoffionen weite auf 400 MeV (ca. 0,7 c) bevor sie in den Booster injiziert werden.

Tevatron Booster Der Booster ist ein Synchrotron mit einem Durchmesser von 150 m. Hier werden die Wasserstoffionen auf 8 GeV beschleunigt.

Main Injektor Tevatron Der Main Injektor hat vier Aufgaben: p von 8GeV auf 150GeV beschleunigen. Extraktion eines Anteils der 120GeV p, welche auf ein Nickeltarget zur Erzeu- gung von Anti-p gelenkt werden. Beschleunigen der 8GeV Antiprotonen (vom Accumulator) auf 150GeV. Injizieren von p und Anti-p in den Tevatronhauptring.

Accumulator und Debuncher Tevatron Accumulator und Debuncher Der Debuncher homogenisiert die Antiprotonen, welche vom Target kommen auf 8GeV. Der Accumulator speichert die Antiprotonen bei 8GeV.

Tevatron- Hauptbeschleuniger Hier werden die Protonen und Antiprotonen je auf knapp 1000GeV beschleungt und an den zwei Wechselwirkungspunkten (Bei den Detektoren CDF und D0) zur Kollision gebracht. Schwerpunktsenergie bei 2TeV.

Run 1B Run IIa (5/04) Energy/beam 900GeV 1000GeV Peak Luminosity Tevatron Run 1B Run IIa (5/04) Energy/beam 900GeV 1000GeV Peak Luminosity 1,6x1031cm-2s-1 6,5x1031cm-2s-1 Number of bunches 6 36 Bunch spacing 3500nsec 396nsec Run period 1992 – 1996 2001 – ? Integral Luminosity 118pb-1 0,5fb-1

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CDF Experimente Run I ( 1992-1995): Run II (seit 2001) Entdeckung des top-Quark. Präzisionsmessung der W-bosonenmasse. Suchen nach Substrukturen in Quarks. Untersuchung des zeitabhängigen Mischens im B System. Prezisionsmessung der B Lebensdauer. Messungen der Strukturfunktion der Quarks und Gluonen im Proton. Run II (seit 2001) Messung der Bs Bsbar Oszillationsfrequenz. Messung der B0 B0bar Oszillationsfrequenz. Suche nach CP-Verletzung in B0 -> π+ π- Zerfällen.

Bs Oszillation CDF Experimente 13.04.2006 Erstmals Teilchen-Antiteilchen-Oszillationen von Bs-Mesonen direkt nachgewiesen. Dient Untersuchung der CP-Verletzung.

Lebensdauermessung  CDF Zerfallslänge CDF Experimente CDF Experimente Bestimmen des primären Vertex Rekonstruieren des sekundären Vertex  Messung der Zerfallslänge L+Impuls  Bestimmung der Lebensdauer: Zerfallslänge Für beide Untersuchungen ist es nötig, einen Sekundärvertex auflösen zu können. Dies stellt besondere Anforderungen an die Auflösung des Spursystems.  CDF

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Der CDF – Detektor Vielseitiger Detektor Hochauflösendes Spursystem 5000 Tonnen 10 m 16 m

Muon-Scintillator Counter Der CDF – Detektor Muon-Scintillator Counter Hard. Kalorimeter EM Kalorimeter Stahlschild Magnet Muon-Driftkammer Driftkammer Si-Vertexdetektor

Der CDF – Detektor

Der CDF – Detektor Spursystem 10 m 16 m

Vertexdetektor (Siliziumstreifen) Der CDF – Detektor Spursystem Vertexdetektor (Siliziumstreifen) (Auflösung ~10µm) 2.Driftkammer (Gas) (Auflösung ~175µm) Sekundärvertex Primärvertex

Vertexdetektor Supportstruktur Lage 0 Lagen 6-7 Lagen 1- 5 Der CDF – Detektor Vertexdetektor Vertexdetektor Supportstruktur Lage 0 Lagen 6-7 Lagen 1- 5

Der CDF – Detektor Supportstruktur 1.9 m Lage 0 Lagen 1- 5 Lage 0 Vertexdetektor Lage 0 Lagen 1- 5 Supportstruktur Lage 0 Lagen 6-7 Lagen 1- 5 Lagen 6-7 1.9 m

Der CDF – Detektor Supportstruktur Lage 0 (Layer 00) Lagen 1-5 (SVXII) Vertexdetektor Supportstruktur Lage 0 Lagen 6-7 Lagen 1- 5 Lage 0 (Layer 00) Lagen 1-5 (SVXII) Lagen 6-7 (ISL) total Lagen 1 5 2 8 Länge 0,9m 1,9m Kanäle 13824 405504 303104 722432 Innenradius 1,35cm 2,5cm 20cm Außenradius 1,65cm 10,6cm 28cm

Streifensensor SVX II Der CDF – Detektor Auflösung bis 10µm Vertexdetektor Streifensensor Auflösung bis 10µm SVX II

Driftkammer Ø 280 cm Der CDF – Detektor Anzahl Signaldrähte 30240 Driftkammer (COT) Driftkammer Anzahl Signaldrähte 30240 Lagen 8 davon Stereolagen (2°) 4 Signaldrahtebenen 8•12=96 Ortsauflösung 175 µm Füllgas Ar-Et-CF4 12 Signaldrähte 13 Potentialdrähte Ø 280 cm

Impulsmessung : Magnet Der CDF – Detektor • Supraleitend • 1.4 Tesla Spursystem Impulsmessung : Magnet • Supraleitend • 1.4 Tesla

Rekonstruierte Spuren Der CDF – Detektor Spursystem Rekonstruierte Spuren Driftkammer Vertexdetektor Auflösung ~175µm Auflösung ~10µm

Rekonstruierte Spuren Der CDF – Detektor Spursystem Rekonstruierte Spuren Driftkammer Vertexdetektor Auflösung ~175µm Auflösung ~10µm Sekundärvertex Primärtvertex

Einbau Vertexdetektor Der CDF – Detektor Spursystem Einbau Driftkammer Einbau Vertexdetektor

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Das Trigger – System Da Protoncollider  sehr hoher Untergrund Aufteilung des Triggers in 3 Stufen Reduktion der Daten von 7,6 Millionen Ereignissen auf ca. 50.

Level 1 Trigger Das Trigger – System Erhält Daten aus den Kalorimetern. Bestimmt verschiedene Teilchenarten und zählt sie. Wenn interessantes Ereignis, dann Stopp und Weitergabe an L2 Trigger. 7,6 MHz → ca. 50 kHz

L2 und L3 Trigger Level1 Trigger Das Trigger – System Im L2 Trigger erste Spurrekonstruktion. Wenn interessant, vollständiges Auslesen der Detektordaten und Weiterleitung an L3 50 kHz → 300 Hz Linux – Cluster mit 256 Prozessoren. Vollständige Rekonstruktion des Ereignisses. Verschiedene Filteralgorithmen Datenreduktion auf unter 50 Ereig./sec. Level1 Trigger