1 / 81

Vortrag LHC+ATLAS/CMS

Vortrag LHC+ATLAS/CMS. 20.07.2006 Im Rahmen der Vorlesung Detektoren in der Elementar-teilchenphysik Gordon Fischer und Michael Volkmann. Überblick. A: Motivation: Higgs Boson und SUSY B: Large Hadron Collider (LHC) C: Experiment 1: ATLAS D: Experiment 2: CMS. HIGGS-Teilchen.

elizabeth-kirk
Download Presentation

Vortrag LHC+ATLAS/CMS

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Vortrag LHC+ATLAS/CMS • 20.07.2006 • Im Rahmen der Vorlesung Detektoren in der Elementar-teilchenphysik • Gordon Fischer und Michael Volkmann

  2. Überblick • A: Motivation: Higgs Boson und SUSY • B: Large Hadron Collider (LHC) • C: Experiment 1: ATLAS • D: Experiment 2: CMS

  3. HIGGS-Teilchen Die Teilchen in den 3 Familien unterscheiden sich nur in ihrer Masse. Schöne Symmetrie, wenn alle Teilchen keine Masse hätten. Warum haben die Teilchen Masse? Antwort der Theoretiker: Higgs-Teilchen „gibt“ allen Teilchen Masse Wie kann man das verstehen???? Masse  Trägheit Der britische Wissenschaftsminister wollte das auch verstehen, bevor er das Geld für den „Large Hadron Collider“ locker macht ……..

  4. Physikalische Prozesse zur Higgserzeugung • Vielzahl von Erzeugungsmöglichkeiten • Higgs koppelt an alle massiven Teilchen • Häufigkeit stark von Masse des Higgs abhängig (unbekannt) • Häufigster Prozess nicht der beste • Wichtig: Trennung von Untergrund muss möglich sein

  5. Zerfallskanäle des Higgsbosons in Abhängigkeit seiner Masse

  6. Goldene Kanäle zur Higgssuche • Ab 150 GeV entstehen geladene Leptonen • Daher: em. Kalorimeter und Myonsystem wichtig!

  7. photon quark electron photino selectron squark Super-Symmetrie Fermion Boson Boson Fermion Super-Symmetrie vereinigt Bosonen mitFermionen Kraft mitMaterie

  8. MX ~ 1014 GeV tp ~ 1031 a MX ~ 1016 GeV tp ~ 1038 a mPl Super-Symmetrie vereinigt Kräfte und … • ein Vereinigungs-Punkt • bei MX = 2·1016 GeV ! • Proton-Lebensdauer> exptl. Grenze • leichtestes SUSY-Teilchen • Dunkle Materie im Universum ! • beseitigt mathemat. Inkonsistenzen • in der Theorie

  9. 1.Der LHC Beschleuniger • 27 km langer Ringbeschleuniger am CERN (früher LEP) • Schwerpunktsenergie 14 TeV • Kosten: 2,9 Mrd € • 4 große Experimente: • ATLAS • CMS • LHCB • ALICE

  10. Der Large Hadron Collider (LHC) Ist ein 27 km langer Kollisionsring, der sich in einem 27 km langen Tunnel 100 m unter der Erde bei Genf (CERN) befindet.

  11. Hier ist er ….

  12. Einige Daten (am Kollisionspunkt)

  13. Schematischer Überblick • pp-Collider mit separaten Magnetfeldernund Vakuum kammern • beide Strahlen teilen sich ca. 130m langes Rohr um die Wechselwirkungszone

  14. Die Luminosität

  15. Der Atlas DetektorA Toroidal LHC AparatuS • 1. Durchbruch im Experiment Startet wie LHC Ende 2007 Laufzeit ca. 15 Jahre Durchmesser: 22m, Länge 46m Masse 7000t 80m unter der Erde Hauptziel: Higgs, Susy … Kosten 350.000.000 €

  16. ATLAS Inhalt • Designkriterien • Inner-Detector • Kalorimeter • Magnetsysteme • Myonspektrometer • Trigger • Events

  17. ATLAS Video

  18. Design Kriterien • Hohe Präzision bei „primary and secondary Vertex resolution“ • Hohe Auflösung bei Transversalimpulsmessung von Leptonen • Tau-Lepton Erkennung • Schwere Quarks • EM Kalorimetrie für Elektron/Photon mit hoher E-Auflösung • Had. Kalorimetrie mit hoher E-Auflösung und auch für fehlende E. • Eff. Myon-Impulsmessung mit Zeitauflös. < kleiner als LHC BC-Rate • Hohe Akzeptanz der Pseudo-Rapidität (detektorabhängig) • Triggering und präzise Messung für Teilchen mit kleinem Transversalimpuls (~20GeV/c²) hoffentlich möglich

  19. Innerer Detektor • Pixel Detektor • Semi-Conductor Tracker (SCT) • Transition Radiation Tracker (TRT) • Umgeben von supraleitendem Central Solenoid Magnetsystem mit B=2T

  20. Der Pixeldetektor • 3 Zylinder von jeweils 4cm, 10cm, 13cm Radius • 5 Scheiben mit Radien von 11 bis 20cm auf jeder Seite • Pixel: 50μm x 300μm • 108 Kanäle • Bestmögliche Nähe zum WW-Punkt

  21. Semi-Conductor Tracker (SCT) • 8 je um 40μrad verdrehte Lagen von Si-Streifen • Spurmessung mit Auflösung von 16μm transversal und 580μm in Strahlrichtung • Vorwärtsrichtung zusätzlich 9 doppelte Scheiben mit gleich guter Auflösung in rΦ • Impulsmessung und Vertexposition

  22. Transition Radiation Tracker (TRT) • „straw“-Detektor • Xenon gefüllt dünne Driftröhren • Dazwischen Radiatorfolien (Übergangsstrahlung wird erzeugt) • 36 weitere Spurpunkte mit Auflösung 170μm

  23. Radiator Röhrchen Radiator Röhrchen

  24. Kalorimetersystem • EM „Akkordeon“ Kalorimeter • Hadronisches Platten-Kalorimeter • Hadronic LAr End Cap Calorimeters (HEC) • Forward LAr Calorimeters (FCAL)

  25. EM „Akkordeon“ Kalorimeter • Pseudo-Rapidität: η= - ln { tan(θ/2) } • Blei – Liquid Argon Kalorimeter • 24 Strahlungslängen im Mittelteil und 26 StL. „End Cap“ • Teilchen durchlaufen vorher 2.3 StL. bei η=0 • 100.000 Kanäle

  26. Hadronisches Platten-Kalorimeter • |η| < 1,6 • 14mm dicke Eisenplatten als Absorber • 3mm dicke Szintillatorplatten aus Polystyrol mit Zusatzstoffen C18H14 (1,5%), C24H16N2O2 (0,04%) (beide λ-Schieber) • Zylinder mit Innen-/Außenradius von 2,28m / 4,25m • 1 mittlerer Zylinder mit Länge 5,64m und 2 anschließende Zylinder von 2,65m Länge (dazwischen 68cm Lücke für Auslese usw.) • Jeder Zylinder  64 unabhängige Azimuthal-Module • Alle 3 Zylinder sind unterteilt in 3 Lagen mit 1,4λ 4,0λ 1,8λ bei η=0 (λ ist die hadronische WW-Länge)

  27. Hadronisches End Cap LAr Kal. (HEC) • 2 unabhängige Scheiben konzentrisch um das Strahlrohr mit Außenradius 2,03m • |η| < 3,2 (in EM-Kal. Kühlung integriert) • Nahe Scheiben: 25mm Cu-Platten • 2 äußere Scheiben 50mm Cu-Platten • Jede Scheibe besteht aus 32 Modulen

  28. Forward LAr Kalorimeter (FCAL) • 3,1 < |η| < 4,9 (wieder in EM End Cap Kühlungsregler integriert) • Nahe dem WW-Punkt  starke Strahlung • Daher hohe Dichte • 9,5 X0, mit 3 Segmenten • 1. Kupfer als EM-Kalorimeter • Beide hinteren Teile aus Wolfram • Mit Röhren in denen LAr als aktives Material • FCAL: 3584 Kanäle insgesamt

  29. Magnetsysteme • Innen: • Central Solenoid (CS)  2,0T • (gleicher Vakuumbehälter wie EM-Kalorimeter) • Außen: • Air-core Barrel Toroid (BT)  3,9T • End Cap Toroid (ECT)  4,1T • ECT um 22,5° gegen BT gedreht, um Bahnkrümmung in Überlappregionen zu optimieren • Jeweils 8 Spulen radial zum Strahlrohr • Jeder der 8 BT Spulen besitzt eigenes Kühlungssystem • ECT besitzt 2 große Kühlungssysteme • Helium  4,7°K (auch CS)

  30. Myon Spektrometer (MS) • 4 Bestandteile: • Cathode Strip Chamber (CSCs) und Monitored Drift Tubes (MDTs) sind Präzisions-Spurkammern • Resistive Plate Chamber (RPCs) und Thin Gap Chamber (TGCs) sind Teil des Level 1 Trigger Systems

  31. Präzisionsspurkammern (CSCs und MDTs) • 3 zylindrische Lagen in der Mitte • 4 Scheiben in den äußeren Bereichen • Jeweils 2 mehrfache Lagen von CSCs nahe dem WW-Punkt und 3 mehrfache Lagen von MDTs weiter außen • CSC: multi-wire Proportionalkammern mit Ortsauflösung von 50μm • MDT: 70 - 630cm lange Aluminiumröhre mit Durchmesser von 30mm • Gefüllt mit Ar-CO2 –Mischung, mit Einzelauflösung 80 μm • Monitored  optische Überwachung der mech. Verformung

  32. RPCs und TGCs • Narrow gas gap Chambers aus zwei widerstandsfähige Platten (isoliert) • Gefüllt mit C2H2F6 und SF6 Mischung • 2 Lagen von Strips zur Auslese (rechtw.) • Orts- / Zeitauflösung 1cm / 1ns • Multi-wire Porportionalkammern mit kleinem Abstand zwischen Kathode – Anode • CO2 und n-C5H12 Mischung • Gute Zeitauflösung und zusammen mit RPCs Bildung von Triggerlevel 1

  33. Level 1 Trigger • Hardware Trigger • LHC produziert 40 MHz * 23 events = 960 MHz • Reduziert auf ca. 75 kHz • Identifiziert Regions of Interest (RoI) • Kein Tracking -> zu hoher Fluss • Weiterleitung zu Level 2 • RoI-Builder combiniert verschiedene Teildetektoren

  34. High Level Trigger System (HLT) • Nach LVL 1 trotzdem noch 160Gbyte/s • Hochwertiges HLT nötig • Bestehend aus Level 2 und Eventfilter • Eventrate auf O(100)Hz reduzieren • ca. 1,5 Mbyte pro Event • Kapazität ca. einige hundert Mbyte/s

  35. Level 2 • Eingang 75 kHz • Schnelle aber limitierte Präzisionsalgorithmen • Nutzt nur ca. 2% der Eventdaten (RoI) • Aber: restliche Eventdaten bleiben in Pipeline • Mittlere Rechenleistung nötig • ca. 10 ms pro Event • Ausgang 1 kHz

  36. Event Filter • Eingang 1 kHz • Vollständige Eventdaten (keine RoI) • Langsame aber genaue Präzisionsalgorithmen • Sehr hohe Rechenleistung • Ausgang 100 Hz • ca. 1s Rechenzeit pro Event • Eventspeicherung auf Band

  37. Event selection Strategie • Riesige Unterschiede in Größenordnungen der WQS • inklusiv •  Rate 6 MHz • inklusive W-Produktion •  300 Hz • StM Higgs (120 GeV) •  0.001 Hz • Unvoreingenommene und effiziente Algorithmen

  38. Physikalische Trigger Objekte

  39. Trigger Menu • Benennungsschema: NoXXi (2e15i) (N: min. Anzahl der Objekte, o: Objekt, XX: Schwellwert, i: Isolationskriterium) • Inclusive physics triggers (Basistriggersystem), Bsp.: 60 i, 2 20i für Zerfall des Higgs • Prescaled physics triggers Bsp.: 1Tau, 2 Tau (verschiedene Schranken, für Z 2xTau) • Exclusive physics triggers Bsp.: e20i+xE25 für Wev • Monitor and Calibration triggers Bsp.: e25  Stellt Triggereffiziens für e25 dar

  40. Abgelehnt!!!

  41. muon muon Akzeptieren oder Verwerfen? Akzeptieren! Supersymmetrie

  42. Abgelehnt!!!

  43. énergie muon Akzeptieren oder Verwerfen? énergie Accepter! boson Higgs

  44. Fanartikel (www.atlas.ch) • 3d-Viewer • T-Shirts und Poster

  45. Der CMS Detektor (Compact Muon Solenoid)

More Related