Исследование характеристик мюонного детектора в условиях высоких интенсивностей частиц в эксперименте ГЕРА-Б

• Автор: Титов, Максим Петрович
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил

Оглавление
Введение
1 Описание эксперимента НЕЛА-В
1.1 Триггер
1.2 Основные компоненты спектрометра
1.2.1 Вершинный детектор
1.2.2 Трековая система
1.2.3 Триггерные камеры на большой поперечный импульс
1.2.4 Детектор черенковского излучения
1.2.5 Системы идентификации электронов
1.2.6 Мюонный детектор
1.3 Физика эксперимента НЕ11А-В
2 Экспериментальное исследование характеристик мю-онных камер.
2.1 Критерии для выбора тазовой смеси
2.2 Анализ экспериментальных данных
2.2.1 • Измерения на космических частицах
2.2.2 Измерения с использованием пучка электронов.
3 Исследование процессов старения.
3.1 Основные характеристики процессов старения. . . .
3.2 Обзор экспериментальных результатов с газовых детекторов
3.3 Исследование старения в лабораторных условиях. . .
3.4 Исследование старения на 100 МэВ а-частицах. . . .
3.5 Исследование старения в условиях интенсивных потоков частиц эксперимента НЕДА-В
3.6 Основные результаты исследований
4 Результаты моделирования и анализ экспериментальных данных с мюонного детектора.
4.1 Моделирование мюонного детектора
4.1.1 Характеристики источников фона
4.1.2 Мюонный претриггер
4.1.3 Идентификация мюонов и режекция адронов.

4.2 Анализ экспериментальных данных
4.2.1 Сравнения экспериментальных данных с результатами моделирования
4.2.2 Отбор событий с распадом З/'ф —)■ ц+ц~
Заключение
Ссылки

Введение
Развитие физики высоких энергий привело к созданию ускорителей элементарных частиц, на которых сегодня достижимы энергии порядка ~ ТэВ, что позволяет производить исследования на уровне кварков и глюонов, проникая в глубь ядра на расстояния до 10-16 см. Характерной особенностью условий, в которых должны функционировать физические детекторы на современных коллайдерах, являются экстремально высокие интенсивности потоков вторичных частиц (из двух типов коллайдеров электрон-позитронных и адронных ситуация особенно драматична в экспериментах на последних). Поэтому, чтобы информация о вторичных частицах была максимально подробной, создаются спектрометры, состоящие из десятка детекторов, каждый из которых использует определённую технологию и выполняет свои специфические задачи. При этом, сотни тысяч каналов электронных систем требуются для преобразования к цифровому виду аналоговой и временной информации, поступающей из спектрометра. Более того, редкие процессы (которые обычно представляют наибольший интерес), в конечном итоге отбираются путём последовательного анализа исходных данных, которые могут содержать в миллионы раз больше событий других типов.
Для решения проблемы выделения редких процессов в условиях высокой плотности частиц и характерного времени между столкновениями порядка десятков наносекунд, используются как высокоточные трековые детекторы, способные эффективно разделять частицы, так и системы дающие информацию для их идентификации. Помимо требований к эффективной регистрации и идентификации частиц, ключевой характеристикой детекторов, работающих в условиях высоких плотностей потоков частиц, является их радиационная стойкость при длительном и интенсивном облучении.
Эксперименты в области физики элементарных частиц можно разделить на две основные группы: эксперименты с неподвижной мишенью и эксперименты на коллайдерах. В экспериментах с неподвижными мишенями необходимо регистрировать частицы высоких энергий, летящие вперед, для чего требуются длинные магнитные спектрометры с хорошим разделением двух частиц, обеспечивающие высокоточное измерение импульсов заряженных частиц по отклонению в магнитном поле.

бочих потенциалов на них, выбором газовой смеси: скорости дрейфа, коэффициента диффузии и других транспортных и ионизационных свойств газовой среды. В этой главе подробно обсуждается вопрос выбора состава газовой смеси для мюонного детектора в эксперименте HERA-B.
Мюонная система, с общим газовым объёмом порядка 8 м3, предъявляет ряд жёстких и противоречивых требований к газовому наполнению пропорциональных камер:
1. высокая радиационная стойкость и большая стабильность относительно газовых разрядов при работе в условиях большой множественности заряженных и нейтральных частиц;
2. транспортные свойства: скорость дрейфа электронов в смеси должна быть как можно выше с тем, чтобы обеспечить минимальное время сбора электронов и, по-возможности, получена при ‘удобных значениях’ напряженностей поля Е/Р;
3. химические свойства: смесь должна быть не горючая и не токсичная и совместима с материалами, которые используются при производстве камер.
Кроме этого, при работе в замкнутой системе с циркуляцией газа необходимо заменять часть газовой смеси, чтобы избежать её загрязнения воздухом. Поэтому, цена компонент газовой смеси также является одним из важных критериев при выборе газа.
Для минимального рабочего напряжения обычно используются благородные газы, так как они требуют самых низких напряженностей электрического поля для развития электронной лавины. Однако, максимальный коэффициент газового усиления в камерах, работающих на чистом Ar ограничен величиной 104, после чего камера входит в режим постоянного газового разряда, вследствие развития вторичных электронных лавин, инициированных процессами фотоэффекта на катоде. Решением данной проблемы является добавление к Ar гасящих газов: углеводородов, СО2, NH$, ЩО. Эти молекулярные добавки поглощают ультрафиолетовые фотоны, возникающие в процессе размножения [158], снимают возбуждение с атомов Ar [77], и в результате механизма передачи заряда: Ar+ + СНА н> Ar + СЩ предотвращают нейтрализацию ионов Ar на катоде и уменьшают,