Исследование параметров пропорциональной катодно-стриповой камеры для мюонной станции МЕ1/1 установки компактный мюонный соленоид (CMS)

• Автор: Мовчан, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 160 с. : ил.

ГЛАВА 1 Большой Адронный Ускоритель (LHC)

1.1 Коллайдер LНС.

1.2 Компактный мюонный соленоид (CMS).

1.2.1 Назначение подсистем установки CMS.

1.3 Мюонная система установки CMS.

1.3.1 Назначение.

1.3.2 Требования.

1.3.3 Торцевая часть мюонного спектрометра.

1.3.4 Базовый детектор - катодно-стриповая камера.

1.3.5 Мюонная станция МЕ1/1.

1.3.6 Особенности условий работы детекторов в мюонной станции МЕ1/1.

ГЛАВА 2 Принципы работы газоразрядных детекторов
2 1 Регистрация релятивистских частиц в газе.
2.2 Дрейф и диффузия электронов первичной ионизации в электрическом и магнитном полях.
2.3 Газовое усиление.
2.4 Многопроволочная пропорциональная камера (MWPC).
24.1 Электрическое поле в MWPC.
2.4.2 Загрузочная способность MWPC.
2.5 Катодно-стриповая пропорциональная камера (CSC).
2.6 Задача оптимизации конструкции катодно-стриповой камеры для мюонной станции ME 1/1.
2.7 Программа экспериментальных исследований характеристик катодно-стриповой камеры для мюонной станции МЕ1/1.

ГЛАВА 3 Экспериментальное исследование характеристик катодно-стриповой камеры с целью определения величин ее основных параметров
3.1 Методы определения координаты частицы в
3.1.1 камере по информации со стрипов.
Методы определения координаты частицы для одной плоскости камеры.
3.1.2 Методы фитирования мюонных треков.
3.2 Координатное разрешение камеры.
3.2.1 Влияние магнитного поля на координатное разрешение камеры.
3.3 Эффективность реконструкции мюонных треков.
3.4 Временное разрешение камеры.
3.4.1 Временное разрешение камеры по информации с анодов.
3.4.2 Временное разрешение камеры по информации с быстрых катодов.
3.5 Триггерные свойства камеры.
3.5.1 Эффективность регистрации треков по информации с анодов камеры.
3.5.2 Координатное разрешение и эффективность регистрации треков по информации с быстрых катодов камеры.
ГЛАВА 4 Исследование характеристик камеры мюонной см акции МЕ1/1 в условиях, близких к реальным в эксперименте CMS
4.1 Изучение влияния коррелированного фона.
4.2 Изучение влияния некоррелированного фона.
4.2.1 Изменение координатного разрешения и эффективности реконструкции мюонных треков.
4.2.2 Изменение временного разрешения камеры и эффективности регистрации треков.
4.3 Изучение влияния коэффициента газового усиления камеры на ее характеристики.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
»ВЕДЕНИЕ

В течение последних сорока лет в научном понимании природы элементарных частиц и их взаимодействий достигнут значительный прогресс [4-7]. Стандартная Модель, одно из самых больших достижений современной физики, была подтверждена результатами многочисленных экспериментов. Открытие в 1994 t-кварка явилось последним доказательством правильности теории.
Согласно Стандартной Модели структура материи может быть представлена посредством двух семейств частиц - лептонов и кварков, каждое из которых подразделяется на 3 поколения, и четырех фундаментальных взаимодействий - электромагнитного, слабого ядерного, сильного ядерного и гравитационного.
Теория объединения электромагнитного и слабого взаимодействий, отмеченная Нобелевской премией в 1979 году, и получившая экспериментальное доказательство в начале восьмидесятых с открытием W* и Z0 бозонов, позволила сделать шаг вперед в понимании фундаментальных взаимодействий. Это первая теория объединения в современной физике, появившаяся более чем через сто лет после Максвелловского объединения электрического и магнитного взаимодействий. Тем не менее, Стандартная Модель все еще оставляет много вопросов без ответа. Например, не объясняет механизм приобретения массы частицами. Также теорией не объяснен тот факт, что кварки и лептоны имеют три поколения, имеющие существенные различия в массах. Чтобы дать ответы на эти вопросы, теория Стандартной Модели была расширена - сделано предположение о существовании Хиггсовского поля взаимодействия массивных векторных бозонов W* and Zo- При этом масса частиц приобретается через механизм спонтанного нарушения симметрии. Однако и этого еще недостаточно для

Скорость дрейфа электронов первичной ионизации в электрическом поле достигает величины (50-100) мкм/нс для различных газовых смесей. Это обеспечивает время сбора электронов первичной ионизации за (50-100) не, что и является временным разрешением для камеры с величиной зазора анод-катод (3-5) мм.
В присутствии электрического и магнитного полей поперечная и продольная диффузия электронов в облаке первичной ионизации уменьшается, что благоприятствует получению высокой координатной точности в камере. Вместе с тем, в магнитном поле под действием силы Лоренца облако первичной ионизации движется под углом а к направлению электрического поля, что приводит к увеличению размера лавины вдоль проволочки и, как следствие, к ухудшению координатной точности из-за статистических флуктуаций первичной ионизации вдоль трека. Угол Лоренца линейно зависит от величины магнитного поля.
Для развития лавины предпочтительно использование благородных газов, так как в них вся энергия электронов, приобретенная в электрическом поле, тратится на ионизацию атомов газа. Возбужденные атомы из области лавины испускают ультрафиолет, который вызывает рост лавины вдоль проволочки и вырывает дополнительные электроны из катодов камеры. Для предотвращения этих эффектов в благородный газ добавляются гасящие добавки, которые эффективно поглощают ультрафиолет из лавины.
Газовое усиление электронов первичной ионизации происходит на расстоянии (1-2) диаметра анодной проволочки за время порядка 1 не. При коэффициенте газового усиления С>104 лавина охватывает всю проволочку и имеет существенный, но симметричный относительно места прохождения частицы, размер вдоль проволочки.
Локальная загрузочная способность детектора определяется временем дрейфа положительных ионов от анода к катоду. Для улучшения загрузочной