das opal experiement
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Das OPAL Experiement
Hochenergiephysik am LEP
Physik bei LEP
Zusammenfassung LEP
• Betrieben zw. 1989 und 2000
• Bis 1995 LEP 1 mit GeV
• Bis 2000 LEP 2 mit GeV
• Integrierte Luminosität bis 140
• Umfang 26.67 km (+-1cm)
• Inklination der Ringebene ca. 1.4°
• Tunnel bis zu 150m unter der Erde
• 1,4M m^3 Erdreich ausgehoben
90s207s
][ 1pb
Aufbau
• 3280 Dipol Magnete (ca. 0.1 T) zur Beam-Krümmung
• 800 Quadrupole zur Fokussierung
• Sextupole zur energieabhängigen Fokussierung (Chromatizität)
• Anordnung in sog. Standard Zellen, jeweils 31 pro Bogen (8)
• Supraleitende Quadrupole vor Experimenten zur Erhöhung der Luminosität Beam ca. 10 m x 250 m (v/h) im Detektor
1. Magnetsystem
2. Beschleunigung• RF Beschleunigung in 128 Cavities, welche von 16
Klystrons betrieben werden
• Jede an spherische „low-loss“ Speicherkavität gekoppelt
• Operationsfrequ. 352.21 MHz, Spannung bis 400 MV pro Runde
3. Vakuum• Statischer Druck etwa Torr, mit Beam ca. wg.
Synchrotron Strahlung
• Umfang aufgeteilt in Sektoren a 474 m
• Ultrahochvakuum durch „non-evaporable getter (NEG) strips“ bildet stabile Verbindungen mit Gas-molekülen
• Strips 3 cm breit, 22 km lang
• Verliert Pumpqualität Aufheizen (400°)
1210 910
4. BeamElektronen, Positronen á 4 Bunches 45kHz = 22.4 s
Luminositätslänge ca. 1mm; Tote Region wg. beampipe d = 10mm
Physik des LEP 1
Mögliche Ereignisse bei Elektron-Positron Streuung:
- Elastische Streuung (Bhabha)
- Annihilation des Paares in zwei oder drei reelle Photonen
- Annihilation in virtuelles od. hadronen od. 0Z ff
Physik des LEP 2• Durch höhere Energie folgt W-Paar Erzeugung
• W zerfallen hadronisch oder (semi-)leptonisch
Weitere 4f Prozeße
semileptonisch
Wdh. elktroschwache WWEichbosonen des schwachen Isospins: 0,WW (Triplett), (Singulett)0BZ und sind Mischzustände:
Daraus ergibt sich z.B. Kopplungsstärke
Weinbergwinkel über Relation
Bei neutralem Strom hat jedes Fermion Vektorkopplung und Axialkopplung
f
AIg
3 Wf
f
VQIg ²sin2
3
Detektoren• ALEPH (Apparatus for LEp PHysics )
- relativ neue Technologie (1980)
- Granularität wichtiger als Energieauflösung
• DELPHI (DEtector with Lepton Photon and Hadron Identification)
- neueste Technologie
- größter SC Solenoid weltweit
• OPAL (Omni Purpose Apparatus for LEP)
- bewährte Technik
• L3 (LEP letter 3)
- Augenmerk auf Leptonen und Photonen
- Hochauflösendes Kalorimeter (10700 BGO Kristalle)
OPAL
Central tracking system
Silicon Microvertex Detector
Vertex Detektor
Jet-Chamber
Z-Chambers
Eingeschloßen von Druckkammer (4 bar) und Solenoid
Silicon Microvertex Detector
Nachträglich eingebaut Juni 1991 Motivation: -Messung von Teilchen mit kleinen Zerfallslängen < 1 cm (b-Hadronen, Lepton, unbekannte T.)-Erhöhung der räumlichen AuflösungMessung in z-Ebene
VTX2 (double sided)Silikon-Streifen in zwei konzentrischen Ringenum beam pipe (ladders)
Ladder
0x
- In jedem Ladder sind z und Detektor übereinander(double layer)-Auflösung: z ca. 20 mca. 5 m-Strahlungslänge insgesamtca. 1.5%
Vertex Detector
470mm
36 Zellen
Zeitmessung zwischen Preamplifiern liefert grobe z-Messung u.a. für Trigger
Auflösung rm sekundär Vertices, Einzelpartikel im Jet
Driftfeld 2.5 kV/cmAnodenfeld 360 kV/cm
Jet Kammer
L = 4 m, d = 0,5-3.7 m, 24 ident. Sektoren mit 159 Meßdrähten = 3816
Gasgemisch: 88.2% Ar, 9.8% Methan, 2% Isobutan + ca 500 ppm Wasser (bei 4 bar)
Driftdistanzen zw. 3cm (innen) und 25 cm (außen)
Über 98% von 4 mind. 8 Meßpunkte, jeder Meßpunkt liefert (r , , z)
Auflösung ca. 110 m (z ca. 6 cm)
Z-chamber und Magnet
24 Stück 4 m x 0.5 m x 5 cm, bilden Zylinder mit d = 3.85 m Auflösung ca. 120 mMagnet: Wassergekühlter Solenoid, Hcal als RückführungB = 0.435 T
TOF
- Als Barrel und Endcap (´96) Ausführung- Hauptaufgabe: Kosmische Teilchen zurückweisen, Triggersignal liefern- TB Radius = 2.36 m, L = 6.84 m, unterteilt in 160 trapezförmige Szintizähler- Zeitauflösung: TB = 300 ps, TE = 3 ns- Lichtausbeute 14 photoelectrons/mips
EM PresamplerPresampler vor EM-cal (barrel und endcap), weil schon 2x0 durchfolgen wurden.6,84 m lang, r = 2.388 m, 16 Sektoren in zwei Streamer Drift Kammern unterteilt
Elektromagn. Kalorimeter
Barrel Sektion: 9440 Bleiglasblöcke in pipe Richtung
Größe: ca. 10 x 10 cm², 37 cm tief = 24.6 x0, relativist. Teilchen erzeugen Cherenkov Energieauflösung:
Endcaps: 1132 Blöcke, etwas kleiner als Barreltyp, Auflösung ca. 1% [3-50GeV]
Hadronisches Kal.-Sampling Kalo, 4382 Kammern-8 Lagen Eisen Absorber á 100 mm-9 Lagen „Streamer Tubes“ als aktive Elemente-Tubes 75% I-butan, 25% Ar, Streamerkammer
Myon Kammer
110 Kammern: 1.2 m x 10.4 mDecken 1200 m² abDriftfeld 4kVGas: Ar 90%, Et 10%Driftgeschw. 38 mm/sAuflösung:2 mm in Driftrichtung1.5 mm in z Richtung
TriggerZwei unterschiedliche Signaltypen:
- Räumliches 4 binning in
6 * 24 = 144 bins (überlappend);
alle subdetektoren liefern Daten für bins
- Trackzahl und/oder Energie Limit
(threshold) von jedem Detektor
kann Trigger auslösen
Events
Events
Good W+W- candidate (a four jet event) recorded by OPAL at 161 GeV energyThe red and yellow jets form a mass of 78 GeV, and the blue and green jets form a mass of 77 GeV.
Nochmal WW
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