Использование канала "прямой фотон + струя" для установления абсолютной шкалы энергии струи на установке CMS

• Автор: Конопляников, Виктор Федорович
• Шифр специальности: 01.04.01, 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Детектор на коллайдере

1.1 Общее описание и структура коллайдера II.

1.2 Назначение и общее устройство детектора .

1.3 Калориметры детектора .

1.4 Триггерная система

1.5 Энергетическое и пространственное разрешение адронного калориметра . .

2 Адронные струи и прямые фотоны

2.1 Струи в детекторе

2.1.1 Механизмы рождения адронных струй.

2.1.2 Проблемы измерения энергии струи
2.3.3 Алгоритмы поиска струй
2.2 Процессы рождения прямых фотонов
2.2.1 Процессы основного порядка
2.2.2 Излучение в начальном состоянии.
2.2.3 Излучение в конечном состоянии
2.2.4 кт эффект
2.2.5 Фрагментация нартонон.
3 Анализ физических процессов
3.1 Сигнальные события
3.1.1 Физические параметры событий прямой фотонструя.
3.1.2 Критерии отбора событий для анализа физических процессов 2
3.1.3 Статистические возможности канала прямой фотон Ьструя
3.1.4 Дисбаланс. Яг7 при различных критериях отбора событий . .
3.1.5 Влияние Аэффекта па дисбаланс Рр Рс1
3.1. Потери энергии струи за счет нейтрино и мюонов
3.1.7 Пространствепнаи конфигурация струи
3.2 Фоновые события.
3.2.1 Источники фона к каналу прямой фотонЬструя.
3.2.2 Эффективность критериев отбора событий при подавлении фона . .
3.2.3 Подавление фона улучшением баланса
3.3 Возможности использования канала прямой фотонструя для
калибровки струй, вытекающие из анализа физических процессов.
4 Методика и неопределенности калибровки
4.1 Систематические сдвиги шкалы энергии струи при наложении ограничений
на параметры событий .
4.1.1 Выборки событий, используемые для анализа
4.1.2 Метод исследования корректности критериев отбора событий
4.1.3 Моделирование условий измерения
4.1.4 Корректность критериев отбора событий
4.2 Фон к процессу прямой фотон струя в условиях регистрации событий установкой .
4.2.1 Моделирование условий измерения и предварительный отбор событий
4.2.2 Критерий изолированности фотона
4.2.3 Подавление фона при низкой светимости
4.3 Критерии отбора событий и неопределенности шкалы энергии струи.
4.3.1 Процедура калибровки энергии струи и физические ограничения на
ее точность.
4.3.2 Вариации параметров алгоритмов поиска струй
4.3.3 Спектры изолированности фотона.
4.3.4 Зависимость калибровочных коэффициентов от критериев отбора
событий.
4.3.5 Ограничение на псевдобыстроту фотона.
4.3.6 Ограничение на угол между фотоном и струей.
4.3.7 Калибровка при мягких и жстких ограничениях.
4.3.8 Статистические неопределенности
4.3.9 Шкала энергии струн уровня частиц
4.4 Исследование пространственного разрешения адронного калориметра СМБ .
4.4.1 Условия испытания прототипа адронного калориметра
4.4.2 Методика измерения пространственного разрешения НЕНО
4.4.3 Характеристики пространственного разрешения НЕ.
4.4.4 Актуальность результата
Заключение
Благодарности
Приложения
Литература


Протоны, двигаясь но ускорительным кольцам проходят много циклов. При каждом цикле они удерживаются магнитами на циркулярной орбите и получают дополнительную энергию в RF-полостях. Сформированные пучки взаимодействуют в четырех экспериментальных точках: ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus), CMS (The Compact Muon Solenoid), ALICE (A Large Ion Collider Experiment) и LHC-B (The Large Hadron Collider Beauty experiment). Длина кольца LHC составляет 2(j,7 километра. Магнитное ноле отклоняющих магнитов - 8, Тесла. Инжекция протонов на LIIC осуществляется с помощью линейного ускорителя (LINAC) и PS бустера, где протопы достигают кинетической энергии 1. ГэВ. Затем с помощью протонного синхротрона (PS) и супериротонного синхротрона (SPS), энергия протонов в пучке доводится до 0 ГэВ. Окончательное ускорение протонов до энергии 7 ТэВ происходит в кольце LHC. Протонные пучки коллайдера представляют собой набор сгустков частиц (банчей), которые разделены таким образом, что встречные вращающиеся банчи пересекаются каждые наносекунд. При соударении протонов в результате неупругих взаимодействий рождаются новые частицы. Эти неупругие взаимодействия дают «события» в экспериментальной установке, которые регистрируются детекторами. Вероятность осуществления неупругих взаимодействии в единицу времени определяется значением сечения рр-взаимодействия, а также плотностью п частотой протонных банчей, определяющими «светимость» (L) ускорителя. LHC будет работать в режимах низкой и высокой светимости. В столкновениях протонов они достигнут соответственно Liou, = 2 • Ю-См^ек и Lhigh = 3>оГсёк-Энергия столкновения прогонов в системе центра масс составит y/s =¦ ТэВ. N/s = ^ ТэВ на пару нуклонов (Z и А - соответственно заряд и атомная масса ядра), а светимость - от 4,2 • 2всК^сек *«4 • 3‘см*сёк зависимости от массы ядра (см. Таблица 1. Энергии и светимости пучков на LHC. Коллайдер LHC превосходит действующие в настоящее время установки на порядок по энергии и на два порядка по светимости - это потенциал для открытий, которые способны изменить направление физики частиц. Физическая программа на LHC включает в себя как прецизионные измерения известных компонент Стандартной Модели, так и прямые исследования новой физики []-[). LHC: масса топ-кварка и каналы от распада, В-физика (осцилляции редкие распады типа ВJ —* СР-нарушение и др. W±t Z°, 7 и др. Детектор CMS - это детектор общего назначения, спроектированный для изучения процессов с большим поперечным импульсом и большими массами в /^столкновениях на коллайдере LHC. Общий вид экспериментальной установки CMS представлен на рис. Ее длина без переднего калориметра (НЕ) составляет ,6 м, диаметр - ,6 м, полный вес - 0 т. Длина сверхпроводящего соленоида - м, его внутренний радиус - 2, м. Создаваемое магнитное поле составляет 4 Т. Детектирующими системами установки CMS являются внутренняя трековая система [], электромагнитный калориметр (ECAL) [], адронный калориметр (CAL) [], мюонная система []. Рис. Вид детектора СМЯ. Внутренняя трековая система. Это самая внутренняя система детектора СМЭ, которая обеспечивает улучшенное измерение траекторий частиц и треков в области псевдобыстроты г] < 2,4. Трекер находится внутри магнитного поля в 4 Тесла, что обеспечивает нужное магнитное поле для точного измерения импульсов заряженных частиц. Система трекера использует силиконовые пиксели и силиконовые стриповые детекторы. Вблизи области взаимодействия в центральной части находятся 3 слоя гибридных пиксельных детекторов на радиусе от 4, 7 и см. Размер пикселов составляет « 0х0дт2. В центральной части кремниевые микростриповые детекторы расположены на радиусе между и 5 см. Торцевая часть состоит из 2-х пиксельных и 9-ти микрострнповых детекторов. Центральная часть делится на внутренний и внешний детекторы. Внутренняя область ( < г < см) использует силиконовые микростриповые детекторы с минимальными размерами ячеек смх//м. Ячейки внешней области (г > см) имеют максимальный размер смх 0дм. Полная площадь пиксельного детектора составляет « 1 м2, площадь стриповых детекторов - 0 м2.