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Il Calorimetro nell'Esperimento ZEUS e Misura di α s Valentina Sola

Il Calorimetro nell'Esperimento ZEUS e Misura di α s Valentina Sola Esame di Calorimetria, 19/10/2009. e. H1. p. ZEUS. HERA = Hoch Energie Ring Anlage. Unico collider ep al mondo (circonferenza 6.3 Km) In funzione dal 1992 al 2007 I fasci collidevano ogni 96 ns

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Il Calorimetro nell'Esperimento ZEUS e Misura di α s Valentina Sola

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Presentation Transcript

  1. Il Calorimetro nell'Esperimento ZEUS e Misura di αs Valentina Sola Esame di Calorimetria, 19/10/2009

  2. e H1 p ZEUS HERA = Hoch Energie Ring Anlage Unico collider ep al mondo (circonferenza 6.3 Km) In funzione dal 1992 al 2007 I fasci collidevano ogni 96 ns Poteva accelerare e- o e+ Esame di Calorimetria, 19/10/2009

  3. Camere per muoni (tubi a streamer) Rivelatore di micro-vertice MVD (microstrip di silicio) Solenoide superconduttore (1.4 T) Rivelatore di tracciamento - CTD (camere a deriva) e Calorimetro a uranio e scintillatore - CAL Giogo di ritorno del campo magnetico Il Rivelatore ZEUS p Esame di Calorimetria, 19/10/2009

  4. Il Calorimetro ZEUS - I  Contiene almeno il 95 % di energia per i jet alla massima energia cinematicamente consentita (800 GeV in FCAL, 30 GeV in RCAL) Performance richieste: → migliore risoluzione possibile nella misura dei jet adronici, attraverso una uguale risposta in energia per le componenti elettromagnetica e adronica → risposta omogenea su gran parte dell'angolo solido → buona risoluzione per gli sciami elettromagnetici  Calorimetro a campionamento con uranio depletato (DU) come assorbitore e scintillatore plastico come materiale attivo Esame di Calorimetria, 19/10/2009

  5. Il Calorimetro ZEUS - II Scintillatore plastico (SCI): SCSN-38 polistirene dopato con 1% p-PBD e 0.02% BDB → light yeld elevato e uniforme → buona uniformità della lunghezza di attenuazione → risposta veloce (~1 ns) → buona radiation hardness Uranio depletato (DU): 98.1 % 238U, 1.7% Nb, < 0.2% 235U Wavelenght shifter (WLS): Y7 in una base PMMA con un assorbitore di ultravioletti per λ < 360 nm → spettro di assorbimento in buon accordo con lo spettro di emissione di SCI → readout uniforme e buon light yield → spettro di emissione del Y7 in buon accordo con lo spettro di assorbi- mento dei fotocatodi dei PM Dimensioni celle [cm2]: 20 x 5 F/BEMC 20 x 10 REMC 20 x 20 HAC Esame di Calorimetria, 19/10/2009

  6. Compensazione Gli adroni energetici perdono solo una piccola quantità di energia per ionizziazione ( ≤ 10%) prima di degradare a basse energie dove domi- nano i processi nucleari 1. grande numero di neutroni con En ≤ 20 MeV → nei materiali ad alto n grande varietà di processi (eg. fissione) in aggiunta allo scattering elastico 2. per En ~ 1-2 MeV → scattering elastico (σ~barn) 3. in regime di neutroni termici → emissione raggi γ Aumentando lo spessore dell'assorbitore il segnale elettromagnetico decresce proporzionalmente, mentre i processi neutronici non vengono influenzati Per ottenere compensazione a ZEUS la cella unitaria ha dimensioni di 8 mm di cui 3.3 mm di DU (1 X0) e 2.6 mm di scintillatore (con un gap di aria tra i due) Esame di Calorimetria, 19/10/2009

  7. Calibrazione Radioattività del DU: 238U →234U con emissione di raggi α, β, γ (con vita media 4.5∙109 y è un segnale stabile, si ha un decadimento ogni 10 ns nella sezione più piccola) → intercalibrazione delle sezioni del calorimetro → valore di riferimento per la conversione della scala di calibrazione assoluta ottenuta nel test beam → monitoraggio del guadagno dei PM (fissando i valori delle correnti a 133 nA per l'EMC, 712 nA per HACI e 908 per HACII in BCAL) Sorgente mobile di 60Co (raggi γ): → rivelazione di misallineamenti tra scintillatori e WLS o spostamenti e disomogeneità degli scintil- latori → informazioni sui cambiamenti di light yield delle componenti ottiche a causa dell'invecchiamento o della radiazione Esame di Calorimetria, 19/10/2009

  8. Risoluzione in Energia Elettroni Adroni Fit α/√E + β BCAL FCAL Fit α/√E + β Esame di Calorimetria, 19/10/2009

  9. Altre Caratteristiche Light yield 78 ± 20 pe/PM/GeV 122 ± 27 pe/PM/GeV Risoluzione temporale La risoluzione temporale del calorimetro è < 1 ns per p > 15 GeV/c A più basse energie la risoluzione è dominata dal rumore del calorimetro e dalla fluttuazione del tempo di arrivo dei pe Per muoni nella sezione EMC (0.5 GeV di segnale equivalente) si ottiene una risoluzione temporale di 3.8 ns Esame di Calorimetria, 19/10/2009

  10. p • energia nel centro di massa ep • Q2 = -q2 = -(pe-pe’)2quadrato del quadrimomento trasferito (virtualità del fotone) • W2 = (q+pp)2quadrato dell’energia nel centro di massa *p • x = Q2/2pp·qfrazione del momento del protone portata dal partone colpito • y = pp·q/pp·pefrazione dell’energia dell’elettrone portata dal fotonenel sistema a riposo del protone 225 - 318 GeV 10-1÷ 105 GeV2 4·102÷ 9·104 GeV2 10-6 < x < 1 10-4 < y < 1 Q2 W Cinematica dell’interazione ep a HERA Deep Inelastic Scattering (DIS)Q2≳ 1 GeV2 Fotoproduzione (PHP)  Q2 ≈ 0 Esame di Calorimetria, 19/10/2009

  11. Multijet in DIS e Misura di αs Si misurano eventi a 2 e 3 jet Selezione DIS buon elettrone ricostruito Range cinematico dell'analisi 10 < Q2 < 5000 GeV2 0.04 < y < 0.6 Spazio delle fasi dei jet -1 < ηjet < 2.5 ETjet > 5 GeV M2jet(3jet) > 25 GeV Per estrarre il valore di αs si fa il rapporto tra le sezioni d'urto a 3 e 2 jet [R3/2(αs(MZ))]i = C1i∙αs(MZ) + C2i∙αs2(MZ)(C1i, C2i parametri da fittare) Attraverso questa procedura gli errori sistematici correlati e l'incertezza dovuta alla scala di rinormalizzazione si cancellano Esame di Calorimetria, 19/10/2009

  12. Eventi a 2 Jet a ZEUS Esame di Calorimetria, 19/10/2009

  13. Sezioni d'Urto Multijet - I L'incertezza nella Jet Energy Scale per ETjet > 10 GeV è ± 1 %,che si riflette in un'incertezza di ~ ± 5% nella sezione d'urto misurata Esame di Calorimetria, 19/10/2009

  14. Sezioni d'Urto Multijet - II Da un fit NLO QCD al rapporto R3/2 si può estrarre il valore di αs per i diversi bin in Q2 Esame di Calorimetria, 19/10/2009

  15. Misura di αs Il valore di αs determinato dalle misure di R3/2 è in ottimo accordo con il valore misurato (world average) e l'errore della misura è dominato dall'incertezza teorica Esame di Calorimetria, 19/10/2009

  16. Bibliografia [1] M. Derrick et al., Nucl. Instr. Meth. A 309, 77 (1991) [2] A. Andersen et al., Nucl. Instr. Meth. A 309, 101 (1991) [3] A. Calldwell et al., Nucl. Instr. Meth. A 321, 356 (1992) [4] M. Wing, Setting the Jet Energy Scale for the ZEUS Calorimeter, arXiv: hep-ex/0206036v2 [5] S. Chekanov et al., Eur. Phys. J. C44, 183 (2005) Esame di Calorimetria, 19/10/2009

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