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23.Juni 2006 Sommersemester 2006 Detektoren bei Dr. M. zur Nedden

Das L arge H adron C ollider b eauty Experiment am CERN. von Regina Kwee. 23.Juni 2006 Sommersemester 2006 Detektoren bei Dr. M. zur Nedden. Topics. Intro CP-Verletzung bei B-Mesonen Das Experiment und seine Detektoren Triggersystem und Datenerfassung [DAQ]. Wozu LHCb ?.

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23.Juni 2006 Sommersemester 2006 Detektoren bei Dr. M. zur Nedden

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Presentation Transcript

  1. DasLarge Hadron Collider beauty Experiment am CERN von Regina Kwee 23.Juni 2006 Sommersemester 2006 Detektoren bei Dr. M. zur Nedden

  2. Topics • Intro • CP-Verletzung bei B-Mesonen • Das Experiment und seine Detektoren • Triggersystem und Datenerfassung [DAQ]

  3. 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

  4. CP-Verletzung • generiert durch unitäre CKM-Matrix • Wolfenstein-Parametrisierung: Reihenentwicklung in

  5. CP-Verletzung relevant für • bekannt • bekannt aus Matrix ist eindeutig durch bestimmt !

  6. 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…!

  7. CP-Verletzung indirekt

  8. Zerfallskanäle direkt Messung von aber stark verunreinigt durch misst auch , aber Prozess ist dominiert durch „pinguin loops“, SM-Test !

  9. Zerfallskanäle direkt Messung von SM: kleine CP-Verletzung in Wenn es einen neuen neutralen flavour-ändernden Strom gibt, dann deutlicher Effekt sichtbar!

  10. @CERN LHCb ist eines der 4 größeren Experimente am CERN • Luminosität von Anfang an konstant • minimaler bunch crossing Abstand

  11. 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“)

  12. Der Detektor Seitenansicht Akzeptanz x-z: 10-300 mrad ; y-z: 10-250 mrad

  13. 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

  14. Magnet • Geometrie durch Detektor-Akzeptanz bestimmt • vertikales Feld mit max.1.1T • homogenes B-Feld (essentiell für Spurenrekonstruktion) • 9 km Al –Draht in 120kt Stahljoch • Datennahme mit Umpolung

  15. 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

  16. 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 Mehrfach-WW und behält 95% der Einzel-WW (Simulationen)

  17. 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

  18. Outer – Tracker 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) • 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

  19. Ring Imaging CHerenkov Detektor R1 R2 Zweck • Teilchen Identifikation • 3σTrennung 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

  20. Kalorimeter • Messung der Gesamtenergie für Teilchen mit hohem pT • Scintillating Preshower Detektor, SPD • Preshower, PS • ECAL, HCAL 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 SPD, PS • Szintillationsschichten,15mm • Auslese nach WL-Shift mit PMP • MIP‘s erzeugen Lichtsignal • SPD: Unterscheidet geladene und neutrale Teilchen • PS: schnelle Pion versus Elektron Verwerfung → Trigger HCAL • Sampling Struktur • Stahl 4mm, Szintillatorschicht 16mm • 5.6 WWL dick • design-Auflösung: σ(E)/E = .64/E + 0.1^2

  21. 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)

  22. 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

  23. Datenverarbeitung DAQ • zur Verarbeitung von 40 MB/s : Standard-Multi-Level-System L0, L1 – Trigger: benutzen lokale Detektorinformation HLT - Software - Trigger

  24. 1. Stufe:L0-pile-up-veto: rekonsruiert grob und schnell Primärvertex: pro Bunchcrossing können mehrere pp-Kollisionen auftreten (40%). Werden im pile-up mehrere PV gefunden, wird event verworfen. 3 Trigger für hohes-pT e, had, photon, cutparameter: hohes ET 1 Myon-Trigger rekonstruiert Myonspuren prüft ob high pT Myon von Vertex-Region kommt Level-0 Trigger • Level-0-Entscheidung: Kombination aller L0-Trigger Ergebnisse und letzte Entscheidung

  25. 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 Level-1 Trigger • bei positiver Level-1-Entscheidung ⇨ HLT

  26. 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

  27. DAQ Daten Fluss

  28. Referenzen • LHCb Technical Proposal, Genf 1998 • Doktorarbeit von B. Carron, Lausanne 2005 • Doktorarbeit von P.Koppenburg, Lausanne 2002 • lhcb.web.cern.ch

  29. backup

  30. semileptonische Zerfälle

  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

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