Hochenergiephysik am LEP Das OPAL Experiement Hochenergiephysik am LEP

Physik bei LEP

Zusammenfassung LEP Betrieben zw. 1989 und 2000 Bis 1995 LEP 1 mit GeV Integrierte Luminosität bis 140 Umfang 26.67 km (+-1cm) Inklination der Ringebene ca. 1.4° Tunnel bis zu 150m unter der Erde 1,4M m^3 Erdreich ausgehoben

Aufbau 1. Magnetsystem 3280 Dipol Magnete (ca. 0.1 T) zur Beam-Krümmung 800 Quadrupole zur Fokussierung Sextupole zur energieabhängigen Fokussierung (Chromatizität) Anordnung in sog. Standard Zellen, jeweils 31 pro Bogen (8) Supraleitende Quadrupole vor Experimenten zur Erhöhung der Luminosität Beam ca. 10 mm x 250 mm (v/h) im Detektor

2. Beschleunigung RF Beschleunigung in 128 Cavities, welche von 16 Klystrons betrieben werden Jede an spherische „low-loss“ Speicherkavität gekoppelt Operationsfrequ. 352.21 MHz, Spannung bis 400 MV pro Runde

3. Vakuum Statischer Druck etwa Torr, mit Beam ca. wg. Synchrotron Strahlung Umfang aufgeteilt in Sektoren a 474 m Ultrahochvakuum durch „non-evaporable getter (NEG) strips“ bildet stabile Verbindungen mit Gas-molekülen Strips 3 cm breit, 22 km lang Verliert Pumpqualität Aufheizen (400°) 4. Beam Elektronen, Positronen á 4 Bunches 45kHz = 22.4 ms Luminositätslänge ca. 1mm; Tote Region wg. beampipe d = 10mm

Physik des LEP 1 Mögliche Ereignisse bei Elektron-Positron Streuung: Elastische Streuung (Bhabha) Annihilation des Paares in zwei oder drei reelle Photonen Annihilation in virtuelles g od. hadronen od.

Physik des LEP 2 Durch höhere Energie folgt W-Paar Erzeugung W zerfallen hadronisch oder (semi-)leptonisch

Weitere 4f Prozeße semileptonisch

Wdh. elktroschwache WW Eichbosonen des schwachen Isospins: (Triplett), (Singulett) Z und g sind Mischzustände: Daraus ergibt sich z.B. Kopplungsstärke Weinbergwinkel über Relation Bei neutralem Strom hat jedes Fermion Vektorkopplung und Axialkopplung

Detektoren ALEPH (Apparatus for LEp PHysics ) - relativ neue Technologie (1980) - Granularität wichtiger als Energieauflösung DELPHI (DEtector with Lepton Photon and Hadron Identification) - neueste Technologie - größter SC Solenoid weltweit OPAL (Omni Purpose Apparatus for LEP) - bewährte Technik L3 (LEP letter 3) - Augenmerk auf Leptonen und Photonen - Hochauflösendes Kalorimeter (10700 BGO Kristalle)

OPAL

Central tracking system Z-Chambers Silicon Microvertex Detector Vertex Detektor Jet-Chamber Eingeschloßen von Druckkammer (4 bar) und Solenoid

Silicon Microvertex Detector Nachträglich eingebaut Juni 1991 Motivation: Messung von Teilchen mit kleinen Zerfallslängen < 1 cm (b-Hadronen, t Lepton, unbekannte T.) -Erhöhung der räumlichen Auflösung Messung in zf-Ebene mVTX2 (double sided) Silikon-Streifen in zwei konzentrischen Ringen um beam pipe (ladders)

Ladder - In jedem Ladder sind z und Detektor übereinander (double layer) Auflösung: z ca. 20 mm f ca. 5 mm Strahlungslänge insgesamt ca. 1.5%

Vertex Detector 36 Zellen Auflösung s(rf)=50mm sekundär Vertices, Einzelpartikel im Jet Zeitmessung zwischen Preamplifiern liefert grobe z-Messung u.a. für Trigger

Driftfeld 2.5 kV/cm Anodenfeld 360 kV/cm

Jet Kammer L = 4 m, d = 0,5-3.7 m, 24 ident. Sektoren mit 159 Meßdrähten = 3816 Gasgemisch: 88.2% Ar, 9.8% Methan, 2% Isobutan + ca 500 ppm Wasser (bei 4 bar) Driftdistanzen zw. 3cm (innen) und 25 cm (außen) Über 98% von 4p mind. 8 Meßpunkte, jeder Meßpunkt liefert (r , f, z) Auflösung ca. 110 mm (z ca. 6 cm)

Z-chamber und Magnet 24 Stück 4 m x 0.5 m x 5 cm, bilden Zylinder mit d = 3.85 m Auflösung ca. 120 mm Magnet: Wassergekühlter Solenoid, Hcal als Rückführung B = 0.435 T

TOF EM Presampler - Als Barrel und Endcap (´96) Ausführung - Hauptaufgabe: Kosmische Teilchen zurückweisen, Triggersignal liefern TB Radius = 2.36 m, L = 6.84 m, unterteilt in 160 trapezförmige Szintizähler - Zeitauflösung: TB = 300 ps, TE = 3 ns - Lichtausbeute 14 photoelectrons/mips EM Presampler Presampler vor EM-cal (barrel und endcap), weil schon 2x0 durchfolgen wurden. 6,84 m lang, r = 2.388 m, 16 Sektoren in zwei Streamer Drift Kammern unterteilt

Elektromagn. Kalorimeter Barrel Sektion: 9440 Bleiglasblöcke in pipe Richtung Größe: ca. 10 x 10 cm², 37 cm tief = 24.6 x0, relativist. Teilchen erzeugen Cherenkov g Energieauflösung: Endcaps: 1132 Blöcke, etwas kleiner als Barreltyp, Auflösung ca. 1% [3-50GeV]

Hadronisches Kal. Sampling Kalo, 4382 Kammern 8 Lagen Eisen Absorber á 100 mm 9 Lagen „Streamer Tubes“ als aktive Elemente Tubes 75% I-butan, 25% Ar, Streamerkammer

Myon Kammer 110 Kammern: 1.2 m x 10.4 m Decken 1200 m² ab Driftfeld 4kV Gas: Ar 90%, Et 10% Driftgeschw. 38 mm/ms Auflösung: 2 mm in Driftrichtung 1.5 mm in z Richtung

Trigger Zwei unterschiedliche Signaltypen: - Räumliches 4p binning in 6 q * 24 f = 144 bins (überlappend); alle subdetektoren liefern Daten für bins - Trackzahl und/oder Energie Limit (threshold) von jedem Detektor kann Trigger auslösen

Events

Events Good W+W- candidate (a four jet event) recorded by OPAL at 161 GeV energy The red and yellow jets form a mass of 78 GeV, and the blue and green jets form a mass of 77 GeV.

Nochmal WW