Детекторы гамма-квантов в эксперименте GlueX

• Автор: Толстухин, Иван Александрович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1 Эксперимент С1иеХ в ускорительной лаборатории им. Т. Джефферсона

1.1 Национальная ускорительная лаборатория им. Джефферсона

1.2 Модификация ускорителя СЕВ АР лаборатории им. Т. Джефферсона

1.3 Установка С1иеХ

1.3.1 Кремниевые фотоумножители 81РМ в эксперименте Сг1иеХ

1.3.2 Мишень и стартовый счетчик

1.3.3 Трекинг заряженных частиц

1.3.4 Калориметрия

1.3.4.1 Форвард-калориметр
1.3.4.2 Электромагнитный баррель-калориметр
1.3.5 Идентификация частиц
1.4 Физическая программа эксперимента ОЫеХ
1.4.1 Мезонная спектроскопия
1.4.2 Гибридные мезоны
1.4.3 Экспериментальная ситуация в поиске экзотических мезонов
1.5 Выводы к главе
Г лава 2 Детекторы пучка гамма-квантов
2.1 Фотонный пучок
2.1.1 Детекторы фотонного пучка
2.2 Исследование временных характеристик «микроскопа» электронов
2.3 Радиационная стойкость «микроскопа» электронов
2.4 Выбор режима работы вакуумных фотоумножителей широкополосного
годоскопа
2.5 Выводы к главе
Глава 3 Магнитный гамма-спектрометр
3.1 Моделирование параметров магнитного спектрометра

3.2 Выбор оптимальной конфигурации сцинтилляционных тайлов
магнитного спектрометра
3.3 Система сбора данных детекторов группы магнитного спектрометра
3.4 Система контроля и управления магнитного спектрометра
3.5 Исследование светосбора регистрирующей части магнитного
спектрометра
3.5.1 Исследование светосбора от релятивистской частицы в тонком
сцинтилляторе с помощью Б1РМ и радиоактивного источника
3.5.2 Исследование регистрирующей части детектора на пучке электронов
лаборатории им. Джефферсона
3.5.3 Исследование светосбора с тайлов спектрометра
3.6 Сборка и калибровка магнитного спектрометра
3.6.1 Выпрямление ССВ и полировка торцов
3.6.2 Процедура склеивания сцинтилляционных тайлов
3.6.3 Контроль толщины сцинтилляционных тайлов для оптимизации
геометрии детектора
3.6.4 Оптический контакт между тайлами
3.6.5 Сборка и калибровка в1РМ магнитного спектрометра
3.7 Испытания магнитного спектрометра на пучке гамма-квантов
3.8 Выводы к главе
Заключение
Список литературы
Приложение
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Эксперимент СіІиеХ нацелен на исследование природы конфайнмента. Явление конфайнмента кварков и глюонов, составляющих элементарные частицы, является базовым эффектом квантовой хромодинамики КХД. До сих пор нет количественного описания эффекта конфайнмента. Расчеты в рамках решеточной КХД предсказывают детальный спектр масс и возможные моды распадов гибридных мезонов и глюболов. Однако для прояснения механизма конфайнмента необходимы новые экспериментальные данные о свойствах этой формы материи. В эксперименте ОиеХ предполагается исследовать глюонное возбуждение легкого мезона с запрещенными квантовыми числами ІРС = Г+ и с массой до 2.5 ГэВ/с2. В предыдущих экспериментах такие мезоны были получены в адронных взаимодействиях с использованием пионного или каонного пучков (Е852, УЕ8 в ИФВЭ и ЫЕЫКЕ! в КЕК) [1, 2, 3, 4]. В эксперименте ОІиеХ экзотические мезоны образуются в процессе фоторождения, в котором, как предсказывает ряд моделей, линейно поляризованный фотон обладает свойствами адрона, т.е. его можно представить как од-пару с глюонной связью, что способствуют повышению вероятности создания гибридных мезонов [5].
Для исследования гибридных мезонов с массой до 2.5 ГэВ/с2 создан высокоинтенсивный пучок (~ 108 с'1) линейно поляризованных гамма-квантов с энергией в интервале 8.4 - 9.2 ГэВ. Пучок формируется в результате когерентного тормозного излучения электронов с энергией 12 ГэВ на ориентированной кристаллической структуре алмазного радиатора. В эксперименте ОІиеХ предполагается впервые измерить зависимость сечения образования экзотических состояний мезонов от энергии поляризованных фотонов. Для выполнения этой задачи необходимо создать детекторы с разрешением АЕ/Е < 1 % измеряющие энергетический спектр пучка поляризованных фотонов. Эту задачу решают две экспериментальные установки: прецизионный годоскоп электронов («микроскоп»),
определяющий энергетический спектр пучка фотонов в области энергий 8.4 - 9.2 ГэВ, и магнитный спектрометр, работающий в диапазоне энергий гамма-квантов от 6.00 до 12.25 ГэВ. При этом «микроскоп» электронов позволяет определить энергетический спектр пучка, в котором преобладают неполяризованные гамма-кванты, а магнитный спектрометр определяет энергию поляризованных фотонов, которые выбираются с помощью коллиматора с диаметром окна 3.4 мм, расположенного перед магнитным спектрометром на расстоянии 75 метров от алмазного радиатора. Коллиматор позволяет убрать неполяризованные фотоны, летящие в более широком телесном угле. Коллимированный пучок, состоящий в основном из поляризованных фотонов, направляется на мишень экспериментальной установки.

возможную частоту срабатывания детектора. Большое количество падающих на детектор фотонов может также привести к нелинейной зависимости сигнала от количества регистрируемого света.
Схематическое изображение установки для изучения времени восстановления ячейки показано на рисунке 12. Она представляет собой светонепроницаемый ящик, в котором находятся исследуемые SiPM и два светодиода (LED). Прямоугольный импульс с биполярного импульсного генератора (ВК Precision 4071 А) используется для синхронизации двух идентичных генераторов импульсов (HP 8116), сигналы с которых через линию задержки поступают на два LED.
ВК precision 4071А QJJ генератор импульсов
осциллограф Tektronix DPO 4104В
НР 8116 генератор и
задержка П
Рис. 12. Схематическое изображение экспериментальной установки для исследования времени восстановления ячейки SiPM.
Генераторы используются для изменения частоты и количества света от светодиодов, при этом ширина сигнала 8 не, что позволяет имитировать сигнал «быстрого» сцинтиллятора. Свет с LED поступает через рассеиватель (для более равномерной засветки) на фотоприемник, сигнал с которого, как и сигналы с обоих LED, наблюдаются на осциллографе. Первый LED работает в режиме максимальной загрузки SiPM, засвечивая 80 -90% ячеек SiPM. Измерение амплитуды сигнала SiPM от второго LED за вычетом вклада от амплитуды сигнала первого SiPM при разных величинах задержек между вспышками и количества света позволяет оценить время восстановления ячейки фотодетектора. На рисунке 13 представлены импульсы от двух генераторов НР 8116 с относительной задержкой 16 не (положительная полярность сигнала) и соответствующие сигналы с SiPM (отрицательная полярность). Красной кривой показана суммарная амплитуда SiPM от двух вспышек LED. Синей и черной линиями обозначены индивидуальные вклады в амплитуду от