Разработка регистрирующей системы для детектора Т0 эксперимента ALICE (CERN, LHC)

• Автор: Каракаш, Александр Иванович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

РАЗРАБОТКА РЕГИСТРИРУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ДЕТЕКТОРА ТО ЭКСПЕРИМЕНТА ALICE (CERN, LHC)
Введение. Глава 1. Эксперимент ALICE.
1.1 Схема эксперимента
1.2 Стартовый триггерный детектор ТО и основные требования, предъявляемые к детектору.
Глава 2. Исследование физических характеристик фотоумножителей с сетчатыми динодами.
2.1. Исследование физических характеристик фотоумножителей с сетчатыми динодами в отсутствие магнитного поля.
2.2. Исследование физических характеристик фотоумножителей с сетчатыми динодами в сильных магнитных полях.
Глава 3. Исследование и оптимизация параметров прототипов черепковских счетчиков и прототипов детектора ТО на ускорителях ИТЭФ и ЦЕ PH.
3.1. Исследование прототипов черенковских счетчиков на пучке Л -мезонов ускорителя ИТЭФ и оптимизация их параметров.
3.2. Исследование характеристик прототипов детектора на ускорителе ЦЕРН. Оптимизация параметров детектирующей системы.
Глава 4. Окончательный проект детектора ТО эксперимента ALICE.
4.1. Конструкция детектора ТО.
4.2. Функциональная схема электроники детектора.
4.3. Система лазерной калибровки детектора.
4.4. Прототип системы лазерной калибровки детектора.
Основные выводы диссертации.
Эксперимент ALICE (A Large Ion Collider Experiment) — один из четырех крупных экспериментов, которые будут проводиться на строящемся коллайдере LHC (Large Hadron Collider) в ЦЕРН [1].
На LHC, среди прочих режимов работы, планируется столкновение ядер свинца при ^Sm =5.5ТэВ. На основании ряда теоретических моделей ожидается, что в столкновениях тяжелых релятивистских ядер возможно (при соблюдении определенных условий) формирование качественно нового состояния ядерной материи — кварк-глюонной плазмы (КГП) [2]. КГП — термализованный газ кварков и глюонов, находящихся в состоянии деконфаймента, при котором характерные расстояния их перемещения > 1 фм (это значение есть приблизительный радиус нуклона, в котором при обычных условиях «заперты» кварки).
Главная задача эксперимента ALICE и заключается в установлении и, что принципиально важно, идентифицировании этого состояния. Основная трудность состоит в том, что признаки (экспериментальные сигналы) образования КГП, известные в настоящее время, не могут служить однозначным критерием достижения новой формы вещества. КГП исследовалась и на других ускорителях, в частности на SPS (Super Proton Synchrotron) в столкновениях ядер свинца = 17.6 ГэВ), на RHIC
(Relativistic Heavy Ion Collider) в столкновениях ядер золота при
= 200 ГэВ. Проведенные исследования обнаружили интересные, порой загадочные эффекты в столкновениях релятивистских ядер и выдвинули ряд возможных экспериментальных сигналов перехода адронный газ —> КГП. Кратко обсудим, чем мотивируется проведение эксперимента при колоссальном увеличении энергии, каких количественных и качественных изменений следует ожидать в новом режиме столкновений.
Оценка параметров перехода адронный газ ->КГП
Итак, КГП — термализованный газ кварков и глюонов, в состоянии деконфаймента. Одна из простейших моделей КГП — модель релятивистского идеального газа, состояние которого описывается

следующей формулой: e = g—T4. Где s — плотность энергии, Т
температура, g — фактор, учитывающий вырождение состояния частиц, их «степени свободы» (различные зарядовые состояния, фактор частица-античастица). Для пионного газа g=3 (три проекции изоспина пиона — три его зарядовых состояния). Адрон при обычных условиях несет «запертые»,

«зажатые» кварковые степени свободы: пион, например, состоит из ud кварков. Таким образом, переход в состояние деконфаймента, означает, что будут задействованы, активированы кварковые и глюонные степени свободы и фактор g значительно возрастет. Его точное значение зависит от того, какие сорта кварков задействуются. Для оценки можно взять g~~40. Получаем важный результат: вблизи окрестности Тс — температуры, соответствующей деконфайменту, плотность энергии стремительно возрастает. Для пионного газа 7’с~200 МэВ [3,4].
Мы обсудили случай пионного газа или нулевого барионного химического потенциала ц, величины, характеризующей барионную плотность системы.
Особенности эксперимента ALICE
Как уже упоминалось, столкновение тяжелых ионов на LHC будет производиться при энергии, превосходящей энергию RHIC почти в тридцать раз. Это дает ряд особенностей по сравнению с предыдущими экспериментами [5]:
■ большие плотность энергии и температура образующейся ядерной среды;
■ меньшее время термализации системы, большее время жизни системы в фазе КГП;
■ как следствие первых двух пунктов, больший, по сравнению с другими экспериментами, вклад эффектов, связанных с КГП, на фоне эффектов взаимодействия адронов в конечном состоянии;
■ выход адронов с поперечными импульсами вплоть до рТ~
ГэВ/с;
■ обильный выход частиц, содержащих с, Ъ кварки, возможность исследования плавления Y(1S) состояния.
Партонное насыщение. Оценка параметров столкновения.
Оценка начальных условий в столкновениях ядер при энергиях RIIIC, LHC производится с привлечением современной теории описания начального состояния сверхэнергетичных адронов (и, вообще говоря, ядер) — конденсата цветного стекла (Color Glass Condensate — CGC) [6, 7]. Целесообразно кратко изложить положения этой теории.
Согласно CGC ускоренный до значительных энергий адрон представляет собой конгломерат, систему множества партонов — кварков и глюонов — каждый из которых несет небольшую долю х энергии адрона Eh-Переход к большим энергиям адрона отражается в уменьшении характерных
Глава 2.
Исследование физических характеристик фотоумножителей с сетчатыми динодам
РМТ #372

СТ)

1000
0) 100 тз
го -*—*

800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
НідИ уоИаде, V
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
НідИ УоКаде, V
Рис. 2.15. а, б. Вверху (а): зависимость амплитуды сигнала фотоумножителя от напряжения при различных значениях магнитного поля; внизу (б) -зависимость временного разрешения от напряжения при различных значениях магнитного поля.