Электромагнитный калориметр LHCb: готовность к запуску LHC

1. Электромагнитный калориметр LHCb: готовность к запуску LHC Ирина Мачихильян ИТЭФ (Москва) Физика фундаментальных взаимодействий, 23-27 ноября 2009, ИТЭФ (Москва) Irina.Machikhiliyan@cern.ch

2. Детектор • Три секции (Внутренняя, Средняя и Внешняя) с различной поперечной сегментацией (9, 4 и 1 ячеек на модуль); • Технология “шашлык”: • чередующиеся слои поглотителя (свинец) и сцинтиллятора; • система светосбора - оптические спектросмещающие волокна; • продольный размер модуля 25X0; • радиус Мольер 3.5 см; • Регистрация света: фотоэлектронный умножитель HAMAMATSU R7899-20; • Считывающая электроника: синхронное с ускорительным циклом формирование, интегрирование и оцифровка импульса ФЭУ (40 МГц). 6016 считывающих каналов; • Система Мониторирования: на базе СИД; • Верхняя граница динамического диапазона: E(макс)=7 + 10 /sin(θ) ГэВ, sin(θ) = √(x²+y²)/ (x²+y²+z²) (поперечная энергия 10÷12 ГэВ); • Ожидаемое энергетическое разрешение: σE/E =(8.÷10.)%/√E  0.9%; • Расстояние до точки взаимодействия: 12.5 м; • Общий размер: 7.8x6.3 м; • Две половины на раздвижных платформах для удобства эксплуатации; • Прямоугольная сборка из 3312 модулей квадратного сечения 12.12x12.12 см²; Физика фундаментальных взаимодействий, 23-27 ноября 2009, ИТЭФ (Москва) Irina.Machikhiliyan@cern.ch

3. Временная синхронизация Подстраиваемая задержка Δt(сч) для точной временной синхронизации системы фотоумножителей и системы считывающей электроники; Δt(сч) варьируется пределах 25 нс с шагом 1 нс; Сигнал на аноде ФЭУ: длительность больше 25 нс Формирователь сигнала: длительность импульса в пределах 25 нс Физика фундаментальных взаимодействий, 23-27 ноября 2009, ИТЭФ (Москва) Irina.Machikhiliyan@cern.ch

4. Временная синхронизация (продолжение) δt(ФЭУ), нс R, см Δt(сч), нс • Голубой: время сбора сигнала ФЭУ~1/√HV; • Красный: время пролета частиц до плоскости калориметра; • Черный: общая задержка; Нормированный средний отклик СИД после обработки АЦП как функция задержки Δt(сч) Физика фундаментальных взаимодействий, 23-27 ноября 2009, ИТЭФ (Москва) Irina.Machikhiliyan@cern.ch

5. Система Мониторирования К картам считывающей электроники • Основные задачи: • контроль работоспособности считывающих цепей; • отслеживание стабильности отклика ФЭУ; • СИД расположены вне облучаемой зоны над / под детектором; • Один СИД обслуживает группу из 16 (Внешняя / Средняя секция) или 9 (Внутренняя секция) ячеек; • Транспортировка света: оптические волокна. Длина варьируется от 2 до 8 м; Поджиг СИД Сигнал ФЭУ PIN диод Усили тель Модули СИД Оптические волокна 456 светодиода 124 PIN-диода • Настраиваемая задержка сигнала поджига индивидуального СИД в интервале 0÷300 нс с шагом 1 нсдля синхронизации с ускорительным циклом; • Настраиваемая амплитуда световой вспышки; • Стабильность светового сигнала мониторируется PIN-диодами. Один PIN-диод обслуживает группу из двух или четырех СИД; Физика фундаментальных взаимодействий, 23-27 ноября 2009, ИТЭФ (Москва) Irina.Machikhiliyan@cern.ch

6. Калибровка коэффициентов усиления ФЭУ Измерение зависимости коэффициента усиления ФЭУ G от высокого напряжения HV при помощи Системы Мониторирования. • Абсолютное значение G: статистический анализ распределений откликов на СИД в референсной точке G = К * (σ(СИД)² - σ(п)²) / (A(СИД) – A(п)), К – параметр, определяемый характеристиками оборудования; Для уменьшения ошибки определения σ абсолютная калибровка производится при высоком значении G и при небольшой амплитуде светового сигнала; • Измерение нормированной зависимости G(HV) по отношению к референсной точке: по изменению отклика на вспышку СИД фиксированной амплитуды; G Референсная точка Область рабочих коэффициентов усиления • В настоящий момент:G(HV) измерено для 99.5% ячеек HV, кВ Физика фундаментальных взаимодействий, 23-27 ноября 2009, ИТЭФ (Москва) Irina.Machikhiliyan@cern.ch

7. Мониторирование стабильности считывающих цепей Каналы АЦП Относительное изменение амплитуды вспышки Отслеживание стабильности светового сигнала при помощи PIN-диодов: точность коррекции Q: лучше чем 1% при изменении светового сигнала вплоть до 30% Коэффициент усиления ФЭУ в референсной точке (интервал - 3 месяца). σ сопоставим со статистической ошибкой измерения • Измерение стабильности коэффициента усиления ФЭУ в течение 4 часов при помощи Системы Мониторирования: для 99% ячеек средний отклик на СИД стабилен в пределах 1% Среднее:0.029 σ =0.058 [G(изм)-G(ожид)] / G[изм] Физика фундаментальных взаимодействий, 23-27 ноября 2009, ИТЭФ (Москва) Irina.Machikhiliyan@cern.ch

8. Точность настройки энергетической шкалы • Средний разброс характеристик модулей:< 8%; • Разброс чувствительности считывающих АЦП: в пределах ±5%; • Средний разброс квантовых эффективностей ФК ФЭУ:<6% ← учтен индивидуально (данные производителя); • Средняя точность выставления высокого напряжения на ФЭУ (на аппаратном уровне): 0.5% (эквив. точность выставления коэффициента усиления 3.2% ); • Точность калибровки коэффициента усиления ФЭУ: • Статистическая ошибка 3%; • Точность метода: в пределах 8%; В целом, имеющейся точности настройки достаточно, чтобы увидеть пик πº Физика фундаментальных взаимодействий, 23-27 ноября 2009, ИТЭФ (Москва) Irina.Machikhiliyan@cern.ch

9. Испытания LHCb на космических лучах • Задачи: • Тестирование установки как целого (включая системы сбора данных и отбора событий); • Временная синхронизация различных детекторных подсистем; • Одна из мод отбора событий: совпадения между электромагнитным и адронным калориметрами; • Набор данных производится при высоких коэффициентах усиления ФЭУ (200K÷300K); Прохождение частицы через электромагнитный (черный) иадронный (красный) калориметры Физика фундаментальных взаимодействий, 23-27 ноября 2009, ИТЭФ (Москва) Irina.Machikhiliyan@cern.ch

10. Электромагнитный калориметр LHCb: готовность к запуску LHC Все оборудование установлено в экспериментальном зале и протестировано; В настоящий момент: 99.8% ячеек / 100%СИД / 100% PIN-диодовработоспособны; изучение долговременного поведения детектора как целого; разработка и отладка ПО для мониторирования, временной синхронизации и калибровки; участие в общих наборах данных LHCb. Физика фундаментальных взаимодействий, 23-27 ноября 2009, ИТЭФ (Москва) Irina.Machikhiliyan@cern.ch