Vortrag_LHCB - HERA-B
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Das Large Hadron Collider beauty Experiment am CERN von Regina Kwee 23.Juni 2006 Sommersemester 2006 Detektoren bei Dr. M. zur Nedden 1 Topics 1. 2. 3. 4. Intro CP-Verletzung bei B-Mesonen Das Experiment und seine Detektoren Triggersystem und Datenerfassung [DAQ] 2 Wozu LHCb ? • besseres Verständnis von CP-Verletzung – Ursprung? – Beitrag nicht nur vom SM? – CP-Mechanismus und Kosmologie? • Überprüfung des SM – Beobachtung seltener Zerälle • systematische Suche nach neuer Physik B-Sektor bietet Vielzahl von Zerfällen, wo SM präzise Vorhersagen über CP-V macht! Erweiterung zu BELLE, BaBar und CDF 3 CP-Verletzung • generiert durch unitäre CKM-Matrix • Wolfenstein-Parametrisierung: Reihenentwicklung in 4 CP-Verletzung relevant für • • Matrix ist eindeutig durch bekannt bekannt aus bestimmt ! 5 CP-Verletzung 9 Unitaritätsbedingungen 6 Unitaritätsdreiecke, davon 2 interessante für B-Mesonen Winkelbestimmung entweder indirekt über die Dreieckseiten oder direkt durch die Vorhersage des SM von CP-Verletzung unterschiedliche Ergebnisse neue Physik…! 6 CP-Verletzung indirekt 7 Zerfallskanäle direkt Messung von aber stark verunreinigt durch misst auch , aber Prozess ist dominiert durch „pinguin loops“, SM-Test ! 8 Zerfallskanäle direkt Messung von SM: kleine CP-Verletzung in Wenn es einen neuen neutralen flavour-ändernden Strom gibt, dann deutlicher Effekt sichtbar! 9 @CERN LHCb ist eines der 4 größeren Experimente am CERN • Luminosität von Anfang an konstant • minimaler bunch crossing Abstand 10 Der Detektor • Vorwärtsdetektor, denn – B-Hadronen werden in denselben Vorwärts-, bzw. Rückwärtskegel produziert (flavourtag) – bessere Vertexauflösung als bei Zentraldetektor, da näher am IP – Vermessung der doppelten Trajektorie • aber – sehr hohere Teilchendichte, d.h. harte Strahlbelastbarkeit für Elektronik, Teilchenfluss von bis zu – Hälfte der Teilchen geht verloren („missing arm“) 11 Der Detektor Seitenansicht Akzeptanz x-z: 10-300 mrad ; y-z: 10-250 mrad 12 Tracking System • • • • warmer Magnet VeLo-Detektor Tracking Stationen TT, T1, T2, T3 (urspünglich mehr) Strahlrohr Hauptaufgabe: relative Teilchenimpulsauflösung von für jedes geladene Teilchen, entspricht B-Massenauflösung von 13 Magnet • Geometrie durch DetektorAkzeptanz bestimmt • vertikales Feld mit max.1.1T • homogenes B-Feld (essentiell für Spurenrekonstruktion) • 9 km Al –Draht in 120kt Stahljoch • Datennahme mit Umpolung 14 VeLo - Vertex Locator Vertex Rekonstruktion ist DIE entscheidende Aufgabe tasks • genaue Zeitauflösung < 50 fs • akurate Spurenmessungen nahe am WWP • triggert B-Mesonen durch Sekundärvertex HLT • detektiert Spuren aller Teilchen innerhalb der LHCb-Akzeptanz 15 VeLo - Detektor hardware • besteht aus 21 Si-Scheiben entlang der Strahlachse • jede Station besteht aus 2 Sensorebenen, die die r- und phi-Komponenten jeder Spur messen • pile-up-veto-Zähler: – 2 Si-Scheiben bei kleinstem z – verwirft 80% der MehrfachWW und behält 95% der Einzel-WW (Simulationen) 16 VeLo - Detektor Auflösung • Primärvertex – ~40 µm in z, ~10 µm in x,y • Sekundärvertex – Ø ~150-300 µm (50 fs) readout • FE-Elektronik bis zu den L-0 Buffern sind 7 cm von der Strahlachse angebracht – Analoge Information von 220.000 Verstärkern wird über 7000 twisted pair-Kabel durch den Vakuum Tank zur readout-Elektronik 10m entfernt übertragen 17 Trigger – Tracker • schickt pT-Information an L1 • wird zur offline-Analyse benutzt um Teilchen mit niedrigen Impulsen zu erkennen die nie die T1-T3 erreichen oder außerhalb zerfallen (langlebige neutrale Teilchen) Outer – Tracker • ist um T1-T3 gelegen • detektiert Spuren mit einem radial Winkel von > 15 mrad • moderate Teilchendichte, daher Gas-Drift-Kammern geplant, mit Gasgemisch Ar 75 %-CF4 15%-CO2 10% Inner – Tracker • • • • an T1, T2 T3 höhere Teilchendichte : HL 4 Teile niedrige Belegung durch unterschiedliche Granularität 18 Ring Imaging CHerenkov Detektor R1 R2 Zweck • Teilchen Identifikation • 3σ Trennung zw. Pion und Kaon über Impuls-range 1-150 GeV/c (90%) • hohes pT –tag Funktion • Abb. von Č-Ringen entlang der Teilchenspur • mit gegebenem pT + Ringradius erhält man die Masse • verschiedene n 1-40 GeV/c 5-150 GeV/c 19 Kalorimeter • Messung der Gesamtenergie für Teilchen mit hohem pT – Scintillating Preshower Detektor, SPD – Preshower, PS – ECAL, HCAL SPD, PS • Szintillationsschichten,15mm • Auslese nach WL-Shift mit PMP • MIP‘s erzeugen Lichtsignal ECAL • „Shashlik“-Technologie – Module aus Blei-Absorber-Platten, 2mm Szintillatorschichten, 4mm – 25 X0 dick (1.1 WWL) – design-Auflösung: σ(E)/E = .01/E + 0.015^2 HCAL • Sampling Struktur – SPD: Unterscheidet geladene und neutrale Teilchen – Stahl 4mm, Szintillatorschicht 16mm – PS: schnelle Pion versus Elektron Verwerfung – 5.6 WWL dick → Trigger – design-Auflösung: σ(E)/E = .64/E + 0.1^2 20 Myon Kammer • 5 Stationen M1-M5 • getrennt vom CAL mit 800mm Stahl • Wahl auf MWPCs gefallen – 1380 Kammern, 20 unterschiedliche Größen • Granularität in horizontaler Ebene feiner (track momentum) 21 Front-End-Elektronik • Ausleseelektronik für jeden einzelnen Detektor • prozessiert die individuellen analogen Signale leitet sie 60m weiter in einen strahlungsfreien Raum (Driver) • ODE: Digitalisierung und L1-Prozessierung, LCMS 22 Datenverarbeitung DAQ • zur Verarbeitung von 40 MB/s : StandardMulti-Level-System L0, L1 – Trigger: benutzen lokale Detektorinformation HLT - Software - Trigger 23 Level-0 Trigger • 1. Stufe:L0-pile-up-veto: • 3 Trigger für hohes-pT – e, had, photon, – rekonsruiert grob und schnell Primärvertex: – cutparameter: hohes ET pro Bunchcrossing können • 1 Myon-Trigger mehrere pp-Kollisionen – rekonstruiert auftreten (40%). Werden Myonspuren im pile-up mehrere PV – prüft ob high pT Myon gefunden, wird event von Vertex-Region verworfen. kommt • Level-0-Entscheidung: Kombination aller L0-Trigger Ergebnisse und letzte Entscheidung 24 Level-1 Trigger • soll falsche hohes pT Ereignisse verwerfen, die zum UG gehören u.a. – MehrfachWW in Detektormaterial, – überlappende Schauer • soll events verwerfen, die keine b-Hadronen enthalten, triggern SV • führt zero level supression Algorithmus aus • klustert hits • bei positiver Level-1-Entscheidung ⇨ HLT 25 High-Level-Trigger • L2 – eliminiert Ereignisse mit falschem SV mit pT –Info, treten auf bei mehrfach gestreute Niedrig-Impuls-Spuren • L3 – volständige und partiellen Rekontruktion der Endzustände – wählt b-Hadron-Zerfälle – 200 Hz Speicherrate 26 DAQ Daten Fluss 27 Referenzen • LHCb Technical Proposal, Genf 1998 • Doktorarbeit von B. Carron, Lausanne 2005 • Doktorarbeit von P.Koppenburg, Lausanne 2002 • lhcb.web.cern.ch 28 backup 29 semileptonische Zerfälle 30 31 VeLo - Detektor Signalerzeugung • geladenes Teilchen ionisiert ein oder zwei Si-Streifen →el. Puls zum readout • readout besteht aus 16 chips pro Sensor, deren input Rate 40 MHz ist • 4µs Zeit werden die gebuffert bis L0-Entscheidung kommt • dann serielle Auslese in 32 readout lines zu einer 60 m entfernten, strahlungsreien Umgebung • off-Detektor-Prozessierung 32
