Vortrag_OPAL - HERA-B

Das OPAL Experiement
Hochenergiephysik am LEP
Physik bei LEP
Zusammenfassung LEP
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Betrieben zw. 1989 und 2000
Bis 1995 LEP 1 mit s  90 GeV
Bis 2000 LEP 2 mit s  207 GeV
Integrierte Luminosität bis 140 [ pb ]
Umfang 26.67 km (+-1cm)
Inklination der Ringebene ca. 1.4°
Tunnel bis zu 150m unter der Erde
1,4M m^3 Erdreich ausgehoben
1
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 1012 Torr, mit Beam ca. 109 wg.
Synchrotron Strahlung
• Umfang aufgeteilt in Sektoren a 474 m
• Ultrahochvakuum durch „non-evaporable getter (NEG)
strips“
bildet stabile Verbindungen mit Gasmolekülen
• 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.Z 0
od.
f f
hadronen
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:W  ,W 0 (Triplett), B 0 (Singulett)
Z und g sind Mischzustände:
Daraus ergibt sich z.B. Kopplungsstärke
Weinbergwinkel über Relation
Bei neutralem Strom hat jedes Fermion Vektorkopplung und
Axialkopplung
g A  I3
f
gV  I 3  2Q f sin ²W
f
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
f Detektor übereinander
(double layer)
-Auflösung:
z ca. 20 mm
f ca. 5 mm
-Strahlungslänge insgesamt
ca. 1.5%x0
Vertex Detector
470mm
36 Zellen
Auflösung s(rf)=50mmsekundär 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
- 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