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Introduzione ai rivelatori di particelle

CMS

Esempio di un rivelatore: CMS

• perchè CMS:

– Rivelatore moderno ma già costruito

• Rivelatore complesso, molte tecnologie coinvolte

• Tipico esempio di rivelatore ai colliders

• Padova è fortemente coinvolta

• Rivelatore di muoni

– Tracciatore a silicio

AA 2008/2009 Cesare Voci - Roberto Carlin 2

Introduzione ai rivelatori di particelle

CMS

Richieste

• misura dell’Higgs

– se m <2m il canale migliore per la

• H Z

rivelazione è H→γγ

gli altri modi di decadimento (decadimenti

– adronici) anche se più probabili si

confondono con il fondo

calorimetro EM

se 2m <m <600GeV/c il canale migliore è

2

• Z H

H→ZZ→4leptoni

ottima risoluzione per elettroni e muoni

se m >600GeV/c bisogna guardare anche

2

• H

a tutti i decadimenti delle Z e W

misura dei jets adronici

– misura di E

Tmiss

misura di fenomeni oltre al modello

– standard

Supersimetrie, bosoni vettori massivi

• misura di leptoni, energia mancante

misure di precisione

– QCD con quakrs b,t

• misura di jets, vertici secondari

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CMS

Quindi

• buona identificazione muoni

– buon rivelatore di muoni esterno

• trigger

– matching in momento e posizione con

– rivelatore di traccia

ottima risoluzione del rivelatore centrale

• distinzione carica del mu fino a ≈ 1TeV

!p !p [ ]

$4

" # "

10% a 1TeV 10 p GeV

p p

ottima risoluzione di energia EM

– risoluzione in massa di di-fotoni e di-

• elettroni ≈ 1% a 100GeV/c

2

reiezione dei

• π 0

buona risoluzione per jets adronici e

– E

tmiss

calorimetro adronico ermetico

• buona segmentazione dei calorimetri

misura di b, t,τ

– misura di vertici secondari, pixel detector

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CMS

Altre caratteristiche

• [ ] $3 $24 $25

! = " = #10 #10 =

s 14TeV 100mb 100 10 cm

TOT [ ]

$2 $1

= 34

L 10 cm s luminosità nominale di LHC

$25

! % = % =

34 9

L 10 10 10 eventi /s

TOT

non più di 100 eventi/s salvati per l’analisi

– successiva

trigger deve avere una reiezione di ≈ 10 7

– interazioni (incrocio dei fasci) ogni 25ns

– 40MHz

• trigger deve analizzare tutti gli eventi a questa

– frequenza

circa 25 eventi sovrapposti per incrocio

• alla luminosità (per incrocio) nominale

»

maggior parte eventi periferici con bassa energia

– trasversa

occupazione del central detector

– produzione di fondo di radioattività

servono tracciatore ed in genere tutti i rivelatori

• con grande granularità

tutti i rivelatori devono essere veloci per

• identificare a quale interazione appartiene l’evento

sfavoriti lunghi tempi di deriva, scintillatori lenti etc.

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CMS

Soluzioni

• solenoide (superconduttore) molto grande

– campo magnetico intenso per massimizzare la

• risoluzione in momento

utile anche per contenere le tracce a basso momento

calorimetri dentro il magnete per non deteriorare

• la risoluzione

rivelatore centrale tutto in Si

– pixels per il vertici

• estrema granularità, capacità di pattern recognition

strips per il resto

• ottima granularità e risoluzione ad alti momenti

– “dead material” non trascurabile

calorimetro elettromagnetico omogeneo a

– cristalli

eccellente risoluzione e granularità

calorimetria (EM ed adronica) ermetica

– calorimetri “in avanti” fino ad angoli molto piccoli

rivelatore di muoni con rimisura del momento

– ferro magnetizzato dal flusso di ritorno del

• solenoide

molte stazioni di misura per poter identificare

• indipendentemente muoni ad alto momento

essenziale soprattutto per il trigger

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CMS

CMS

• lunghezza 21.6m

– diametro 14.6m

– peso 12500 tons

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CMS

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Introduzione ai rivelatori di particelle

un settore di CMS

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CMS- Magnete

Caratteristiche del magnete

• Campo magnetico 4 T

Diametro interno 5.9 m

Lunghezza 12.9 m

Numero di spire 2168

Corrente 19.5 kA

Energia immagazzinata 2.7 GJ

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pseudorapidità

#

( +

$ &

! = " ln tan

* -

% '

) ,

2

$ &

+

1 E p

! . = L

/ 0

y ln per particelle relativistiche

"

% '

2 E p L

nella descrizione dell’angolo polare nei colliders si usa

spesso la rapidità o la pseudorapidità in quanto la

produzione di particelle è circa costante per unità di

rapidità

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CMS – rivelatore di muoni

Barrel

• 4 stazioni di camere a deriva

– 6 piani di RPC (doppia gap)

Wheels

• 4 stazioni di camere a fili a lettura catodica

– 3 piani di RPC

Motivazioni

• nel barrel la densità di tracce e di radiazione non altissima

– si possono usare camere a deriva (∼ 400 ns) senza troppe

• sovrapposizioni

in avanti la densità è più alta meglio usare camere MWPC

– ⇒

RPC solo per il trigger, forniscono un trigger veloce (entro i

– 25ns) e ridondante

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CMS – rivelatore di muoni

Fe magnetizzato

DT

• ogni stazione misura l’angolo prima e dopo il ferro

– magnetizzato

4 punti più 4 punti, con un braccio di leva di 28cm

• le 4 misure con camere “staggered” permettono di avere buone

• efficienza e di ricostruire efficacemente il tempo del segnale

nonostante il tempo di deriva lungo

un altro strato di 4 punti nell’altra direzione misura la

– coordinata “z” (dove non c’e’ bending dovuto a campo

magnetico

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Introduzione ai rivelatori di particelle

CMS rivelatore di muoni

1 p/p

p/p ∆

∆ η η

0.0< <0.2 1.8< <2.0

-1

10 -1

10

-2

10 -2

10 Full system

Full system

Muon system only Muon system only

Inner Tracker only

Inner Tracker only

-3 -3

10 10 3

2

2 3 10 10

10 10

10 10 p[GeV/c]

p[GeV/c]

Risoluzione nella regione centrale ed

• Δp/p

in avanti

la risoluzione è determinata dal rivelatore

– centrale

per momenti molto alti la doppia misura

– (correlata) migliora la risoluzione

Il rivelatore esterno di muoni è comunque

• essenziale per

identificazione del muone

– produzione di un trigger veloce

– numero di muoni con momento maggiore di una

• soglia definita (∼ 10Gev)

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PAGINE

29

PESO

9.10 MB

AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

Materiale didattico per il corso di Introduzione ai rivelatori di particelle del Prof. Roberto Carlin, all'interno del quale sono affrontati i seguenti argomenti: il rivelatore CMS (Compact Muon Solenoid); sezione del CMS; le caratteristiche del magnete; CMS rivelatore di muoni; CMS calorimetro; CMS tracciatore e CMS trigger.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in fisica
SSD:
Università: Padova - Unipd
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Introduzione ai rivelatori di particelle e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Padova - Unipd o del prof Carlin Roberto.

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