Forschungszentrum Karlsruhe für die KASCADE-Grande Kollaboration Kalibrierung des KASCADE-Grande Hadronkalorimeters an einem Hochenergie-Teilchenbeschleuniger Stefan Plewnia Forschungszentrum Karlsruhe für die KASCADE-Grande Kollaboration

Das Ziel von KASCADE-Grande

Das KASCADE-Experiment KASCADE Kalorimeter : - 320 m2 sensitive Fläche - 11 λi tief - 9 Lagen mit Ionisationskammern - 11000 Kammern mit 44000 elektronischen Kanälen - Energieschwelle : EH>20 GeV - Ortsauflösung 25x25 cm2

- Die hadronische Komponente aus- gedehnter Luftschauer besteht aus Mesonen, Neutronen, Protonen und Kernfragmenten - Bodengestützte Experimente messen: - Energie des Hadrons - Spur des Hadrons - Anzahl der Hadronen im Schauer => hadronische Observablen geben Hinweise auf das primäre Teilchen

Die Ionisationskammern - Gefüllt mit TMP (Tetramethylpentan) oder TMS (Tetramethylsilan) als aktives Medium - Stabile Signalausbeute über Jahre - Kann bei Zimmertemperatur betrieben werden - Höhere Präzision bei Energiemessung als gasgefüllte Detektoren TMP

CERN Testkalorimeter Test an der SPS-H4-Beamline (Juni und Juli 2003) - Protonen, Pionen, Elektronen, und Myonen von 15 bis 350GeV

Das Kalorimeter

Kalibrierung - Elektronische Kalibrierung mit definierten Ladungspulsen =>Umrechnung von ADC-Werten in fC - Messungen mit 50 GeV Myonen Energieverlust in den Kammern kann berechnet (Bethe-Bloch Formel) oder aus MC-Simulationen bestimmt werden - Gemessene Ladung hängt ab von: - dE/dx -Primärer Rekombination -Verluste durch Unreinheiten

Kalibrierung: Gesammelte Ladung d Ladungsausbeute der Elektronen die primärer Rekombination entkommen Aus Simulation/Berechnung (Bethe-Bloch) Ladungssammelfunktion

50 GeV Myonen bei drei Hochspannungen Ladungssammelfunktion wird an Daten angepasst - Ein Parameter : Lebensdauer τ τ wird als Kalibrations-konstante für alle weiteren Messungen benutzt

Myonen bei drei Hochspannungen Nach Kalibrierung: Alle Lagen zeigen in etwa gleichen Energieverlust -> Kalibrationskonstanten können für alle anderen Messungen benutzt werden

Longitudinale Verteilung der Energieverluste für Pionen Maximum des Energiedeposits dringt mit ln(E) tiefer ein

Longitudinale Verteilung der Energieverluste für Elektronen Kalorimeter ist für Hadronen optimiert -> Inadequates Sampling für Elektronen

Vergleich Daten/Simulation Monte Carlo Simulation : Basiert auf GEANT 3.21 Signaldämpfung für stark ionisierende Teilchen eingebunden (aus früheren Messungen bekannt) Kammergeometrie wurde be-rücksichtigt Simulationen mit Hadronen, Elektronen, und Myonen bei unterschiedlichen Energien - Statistik liegt bei ca. 10% der Daten

Simulation und Daten für Pionen: Simulation und Messungen sind miteinander vereinbar !

Energiesumme für Elektronen und Pionen ΣE = Summe der gem. Energie in allen Lagen Gemessene Energie ~ E0

Energieauflösung für Hadronen σE/E ≈ 27% bei 150 GeV => σE/E ≈ 18% bei 1 TeV

Zusammenfassung Aussichten Kalorimeter arbeitete wie gewünscht, vorläufige Resultate sehr vielversprechend Daten und Simulation sind miteinander vereinbar Aussichten Weitere Analysen sind in Arbeit Unterschiede zwischen MC und Daten werden untersucht Die Ergebnisse werden das Wissen über das KASCADE-Grande-Hadronkalorimeter und die Ionisationskammern verbessern