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

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

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  • HERA-B Groexperiment am HERA- Protonenring des DESY Hamburg Vortrag von Daniel Richter, 23.06.06
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  • Gliederung berblick Physikalische Motivation Detektoraufbau & Komponenten Triggersystem Probleme
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  • berblick Was ist HERA-B ? Fixed-Target-Spektrometer am HERA-Ring des DESY Hamburg Int. Kollaboration aus 32 Instituten aus 13 Lndern Draht-Targets im Halo des Protonstrahls, Strahlenergie: 920 GeV, -Resonanz, 10.4 MHz Abmessungen: 8m x 20m x 9m, Gewicht: ca. 1000 T Proposal 1994, Datennahme 1999-2003 Datenauswertung noch nicht abgeschlossen
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  • berblick Hauptziel: Messung der CP-Verletzung im SM Weitere Forschungsgebiete von HERA-B: Messungen des Wirkungsquerschnitts fr Prod. Charmonium Produktion, Quark-Gluon-Plasma, Absorption in Kernmaterie, Hadronisation, gebundene Zustnde von Quarks Pentaquarks
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  • berblick Herausforderungen: Kein Vorbilddetektor vorhanden Hohe Teilchenflsse und Ereignisraten, damit hohe Strahlenbelastung der Detektorkomp. Hoher Untergrund, effizientes neuartiges Triggerverfahren notw. Neue Detektortechnologien Pionierarbeit und Technologietransfer fr LHC
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  • Physikalische Motivation CP-Verletzung der Schwachen WW Untersuchung an B-Mesonen Goldener Zerfallskanal klare Signatur
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  • Physikalische Motivation Asymmetrie in Zerfllen: B-Mesonen entstehen paarweise durch (i) (ii) erlaubt Flavour-Tagging fr neutrale B-Mesonen
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  • Physikalische Motivation
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  • Detektoraufbau & Komponenten
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  • Target 8 Drhte auf 2 Stationen, Vakuum Bewegliche Gabeln, schnelle individuelle Anpassung an Protonstrahl, 10Hz, Materialien: C, Ti, Al, W, Pd 1 oder mehrere Drhte gleichzeitig nutzbar Ladungsintegrierer fr gleichmige Verteilung Szintillatoren berwachen WW-Rate Luminositt fast beliebig justierbar
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  • Target
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  • Si-Vertex-Detektor (SVD) Aufgabe: Rekonstruktion von Sekundrvertizes, Tracking in der Nhe des WW-Punkts 64 doppelseitige Si-Strip-Module in 8 Superlagen, 7 in Vakuumtank+Justiervorrichtung Lebensdauer 1 Jahr fr WW-Rate von 40 MHz Stereowinkel zu x,y-Achse von 50x70 mm sensitive Flche je Modul, Auflsung:
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  • Si-Vertex-Detektor (SVD)
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  • Si-Vertex-Detektor
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  • Trackingsystem (ITR & OTR) 2 unterschiedliche Technologien ITR: MSGCs + GEM (Gas Electron Multiplier) OTR: Honeycomb Drift Chambers Normalleitender Magnet Feldstrke: 0.8 T, 1 MW Leistung Magnetfeld entlang y-Richtung, einige der Spurkammern im Magnetvolumen angebracht
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  • Trackingsystem (ITR & OTR) Inner Tracker (ITR): 184 MSGCs mit insges. 18 m Detektorflche, 140.000 Auslesekanle,10000 Triggerkanle 6-25 cm Abstand von Beampipe, hoher Teilchenfluss Dosis: 1 Mrad/Jahr, Teilchenraten bis zu MIP/s/mm 10 Stationen, 4 Kammern = 1 Layer, Doppellagen Stereowinkel Material: Glassubstrat mit Goldstrips,
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  • Trackingsystem (ITR & OTR) Kammergas: 70% Ar, 30% CO 2 Gasverstrkung: (10-100)[GEM] x (200-1000)[Strips]
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  • Trackingsystem (ITR & OTR)
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  • Outer Tracking (OTR): 20 cm - 6 m Abstand vom Strahl, akt. Flche 1000 m 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
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  • Trackingsystem (ITR & OTR) 2 verschiedene Kammerdurchmesser (5/10 mm) in Abh. vom Teilchenfluss (ca. 30 MHz/R)
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  • Trackingsystem (ITR & OTR)
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  • Cherenkov Detektor (RICH) Ring Imaging CHerenkov Counter Primraufgabe: Identifikation von Hadronen (insbes. Kaonen als Flavour-Tag, Pionen) 108 m Radiatorgas (C 4 F 10 ), kontinuierl. Gasreinigung Sphrischer Spiegel: R=11.4 m (center@Target), gesplittet u. horizontal um 9 gekippt 80 Hexagons, indiv. justierbar Al- und MgF 2 beschichtet
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  • Cherenkov Detektor (RICH) 2 ebene Spiegel mit je 18 Elementen Hoher Teilchenfluss (O(1) MHz/cm) 2250 Photomultiplier mit 4 und 16 Anoden + vorgelagerte Optiken (red. Pixelgre), 300-480 nm 23808 9x9 mm Pixel, 3008 18x18 mm Pixel RICH auch als Tracker nutzbar Ring-Search-Alg. Flugrichtung Vgl. mit SVD + Bahnkrmmung im B-Feld, ECAL
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  • Cherenkov Detektor (RICH)
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  • Kalorimeter (ECAL) 2344 Module vom Shashlik-Typ, ca. 6000 Kanle Szintillator/Absorber-Sandwich-Struktur Plastik Wellenlngenschieber (Shashlik) und PMs 11.15 x 11.15 cm Variable Granularitt: 25, 4, 1 Zelle(n)/Modul Schauermaterialien: W-Ni-Fe und Blei (mitte u auen) 20-23 Strahlungslngen tief Ca. 4,7 m x 6,2 m aktive Flche Auflsung: (0.65+3.5/p) mrad single Photon
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  • Kalorimeter (ECAL) Auflsung:
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  • Kalorimeter (ECAL)
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  • Myon-System Hauptaufgaben: Pretriggersignal fr 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)
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  • Myon-System Myon-Layer 3 & 4: 1 Layer Tube/Pad-Chambers, 1 Layer Gas-Pixel-D. Pretrigger, FLT & off Line Analysis
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  • Myon-System
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  • Fr Akzeptanz von bei Bestimmung von O(1000) rekonstr. B-Zerflle bentigt O(10 15 ) Kollisionen mit mehreren WW pro Bunch- crossing, ca. 40 MHz (10.4 MHz HERA + 4 WW je Bunch-crossing) O(150-200) Teilchen pro bunch-crossing alle 96 ns HERA-B Triggersystem Selten!
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  • HERA-B Triggersystem
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  • Effizientes und schnelles Triggersystem Pretrigger: definiert Trackkandidaten fr FLT (Leptonpaare) 2 unabhngige Pretrigger: ECAL und Myon-S. ECAL: deponierte Energie Elektron-Kandidat Myon: koinzidente Hits Myon-Kandidat Pretrigger bergibt Kandidaten an FLT
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  • 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 berall Hits bergabe an TPU, diese bestimmt: Teilchenart, Ladung, Impuls (Look-Up- Tables) TDU bestimmt invariante Masse, kombiniert Spuren Masse ausreichend frDaten an SLB
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  • HERA-B Triggersystem
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  • Second-Level-Trigger: Refining der Spuren verw. mehr Detektorinformationen aus dem SLB alle Layer des Trackingsystems + SVD Untersuchung auf Sekundrvertex (groe Unterdrckung direkter )
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  • 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)
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  • Probleme bei HERA-B
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  • MSGCs: 1994 konventionelle MSGC instabil unter intensiver Bestrahlung 1995 diamond-like-coating verbessert Oberflchenwiderstand 1996 induz. Durchschlge beobachtet unter Hadr. Bestrahlung (nur 1/3 HERA-B) 1997 GEM & two-step Gasverst. 1998 erneute Durchschlge an GEM andere Feldgeometrie
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  • 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 SupportStrips werden leitend in Gegenwart von H 2 O Kontrolle des Wassergehalts Serienproduktion um 1.5 a verzgert!
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  • Probleme bei HERA-B Umorientierung: Probleme fhren zu Verzgerungen andere Experimente (SLAC, KEK) kommen schneller voran, e + /e - Kollider, B-Fabriken 2000 Hauptziel CP aufgegeben Verndertes Programm bietet vllig neue Mglichkeiten (QCD, Quark-Gluon-Plasma etc.) Hauptziel zwar verfehlt aber Pionierarbeit fr kommende Experimente mit hnl. Anf., LHC