Ubungsblatt 8 - HERA-B

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Detektoren in der Elementarteilchenphysik
Humboldt–Universität zu Berlin, Sommersemester 2006,
Dr. Martin zur Nedden
Übungsblatt 8
Ausgabe: 15. Juni 2006 in der Vorlesung
Abgabe: 22. Juni 2006, 15 Uhr in den Übungen
Aufgabe 1: Elektromagnetisches Kalorimeter
Beim Hera–B–Experiment am 920 GeV Protonenspeicherring HERA wurden unter anderem
Ereignisse mit schweren Quarks bei inelastischen Proton–Fixedtarget Wechselwirkungen erzeugt, die über die Reaktion
B̄0 (B0 ) → Ks0 J/ψ
zerfallen. Das J/ψ zerfällt unter anderem in zwei Leptonen (e+ e− oder µ+ µ− ). Der mittlere
Impuls der Leptonen beträgt 34 GeV, es können aber auch Werte von bis zu 200 GeV
erreicht werden. Im Falle der Elektronen entspricht dies der höchsten Elektronenenergie,
die im elektromagnetischen Kalorimeter des Experimentes nachgewiessen werden muss. Die
niedrigsten Energien rühren von minimal ionisierenden Teilchen her.
Das elektromagnetische Kalormeter von HERA-B ist vom Typ eines Schaschlik–Kalorimeters
(siehe Abb. 1 und Vorlesung). Der Absorber besteht aus Bleiplatten, die sich mit den Szintillatorplatten sandwichartig abwechseln. In den Szintillatorplatten, die eine Zellengrösse von
5.6 cm × 5.6 cm. aufweissen, erzeugt der Schauer Lichtsignale, die über Lichtleiter (WLS)
von den Photomultipliern am Ende des Detektors ausgelesen werden. Das Längenverhältnis von Absorber zu Szintillator ist 3 : 6, die Dicke der Bleiplatten liegt bei 3 mm die der
Szintillatorplatten bei 6 mm. Nemen Sie ferner an, dass das Szintillatormaterieal in allen
physikalischen Eigenschaften (Dichte, Strahlungslänge) zu Wasser äquivalent sei.
Berechnen Sie die mittlere Strahlungslänge X0 einer derartigen Anordnung von Blei- und
Szinitllatorplatten.
Um die gesammte Energie des Schauers nachzuweissen sind etwas 20 Strahlungslängen X0
notwendig. Aus wievielen Platten solte dann eine Kalorimeterzelle bestehen?
Welche Energie verliert ein Muon mit einem Impuls von 34 GeV beim Durchqueren einer
Zelle? Um welchen Winkel wird es aufgrund seiner Vielfachstreuung abgelenkt? Welche Ortsungenauigkeit ergibt sich am Ort einer Spurkammer, die sich 2 m hinter dem Kalorimeter
befindet?
In welcher Tiefe liegt das Schauermaximum für ein Elektron mit einem Impuls von 34 GeV ?
Erstreckt sich der Schauer auch in benachbarte Zellen, wenn das Elektron genau senktrecht
auf die Mitte einer Kalorimeterzelle auftrifft?
.
Szintillator−
platten
Auslese
PM
WLS−Fiber
Wolfram−Platten
Abbildung 1: Schema eines Shashlik–Kalorimeter (Entwicklung bei HERA–B, DESY).
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