Appello del 13/07/2012 Valeria Nico

RIVELATORE BABAR

RIVELATORI DI PARTICELLE

•Violazione di CP

•Slac Linac

•Pep II

•BaBar

Argomenti trattati

Violazione di CPMisura la violazione di CP dovuta all’interferenza tra il decadimento diretto di un mesone B neutro in autostato di CP e il decadimento con il mixing:

Violazione di CPStudio del decadimento dei mesoni B neutri in autostati di CP:•un mesone è ricostruito come autostato di CP (decade in -KS o -KL );•l’altro mesone è utilizzato per il tag del flavor.Tramite la misura della distanza tra i vertici di decadimento si ricava il valore dell’asimmetria dovuta al decadimento diretto in autostato di CP o tramite il mixing.

cc cc

Violazione di CP

LinacCARATTERISTICHE:

•Collider lineare lungo 2 miglia

•Elettroni e positroni non irradiano

•Raggiungo l’energia di Lep in meno spazio

•Posso studiare le sezioni d’urto polarizzate perché i fasci mantengono la polarizzazione.

Pep II•2 anelli di accumulazione per elettroni e positroni.

•Fascio di positroni ha energia di 3.1 Gev mentre quello degli elettroni ha energia di 9.0 Gev.

•Produzione dei mesoni B in moto a causa dei fasci asimmetrici.

•Luminosità L=3*103cm-2s-1

Rivelatore BaBar•Rivelatore di Vertice in Silicio (SVT) - permette di determinare la posizione delle tracce delle particelle cariche.

•Camera a deriva (DCH) - è il rivelatore principale per la misura dell'impulso delle particelle cariche e grazie alle misure del dE/dx permette l’identificazione della particelle.

•Rivelatore Cerenkov (DIRC) - permette di identificare gli adroni carichi. •Calorimetro elettromagnetico (EMC) - permette di identificare elettroni, fotoni e adroni.

•Solenoide - genera un campo di 1.5 T uniforme in tutto il volume della DCH. È essenziale per poter effettuare le misure di carica e di impulso delle particelle cariche.

•Flusso di ritorno strumentato (IFR) - permette l'identificazionedei muoni e degli adroni neutri.

Rivelatore di vertice• Misura con grande precisione la posizione (z,r,φ) delle tracce in prossimità del punto di interazione. • Raggiunge ottime risoluzioni sia in energia che in posizione e permette di avere risposte in uscita molto veloci. •È il solo tracciatore presente entro il volume del tubo di supporto .•È costituito da 5 strati di rivelatori di silicio a simmetria cilindrica con microstrip su entrambe le facce dei wafers (double-sided silicon microstrip detectors).•Permette la misura della distanza tra i vertici di decadimento dei due mesoni B.

Rivelatore di vertice

•I 5 layer sono organizzati in 6,6,6,16 e 18 moduli. I moduli dei livelli interni sono rettilinei mentre quelli dei layer 4 e 5 sono arcuati per ridurre il materiale nella regione di accettanza.•La risoluzione spaziale per le trace perpendicolari è 10-15μm per i 3 livelli più interni e 40μm per i due più esterni•I livelli più interni per ricostruire il parametro di impatto mentre gli altri per riconoscere le tracce a basso momento trasverso.

Camera a DerivaLa camera è riempita di un gas opportuno, e contiene più di 8000 fili, che possono essere suddivisi in field wires, che garantiscono un campo elettrico, e sense wires, che invece raccolgono gli elettroni prodotti dalla ionizzazione del gas indotta dal passaggio delle particelle cariche.

La posizione della traccia ionizzante è determinata dal tempo che gli elettroni, prodotti dalla ionizzazione, impiegano per giungere sui sense wires .

Caratteristiche generali

DCH di BaBarIn BaBar la camera a deriva (DCH) è il dispositivo di tracciamento principale. Il suo compito primario è quello di misurare con la migliore risoluzione possibile l'impulso delle tracce cariche e la misura del dE/dx utile per l'identificazione della particelle.

•Flat aluminum rear (24 mm) and forward (24+12 mm) endplates– Forward endplate with thin outer section to minimize material– Preamplifier and digitizer electronics on rear endplate only•Load-bearing inner and outer walls to reduce deflections– Inner wall of 1 mm-beryllium (40% load)– Segmented outer wall of 2x1.5 mm CF skins on Nomex core (60% load)

StrutturaCamera a Deriva

Layout•40-layer small-cell chamber:– Cells are 12x18 mm2 in size– 7104 drift cells with hexagonal field wire pattern– 80 and 120 mm gold-plated aluminum field wires

• I Layers sono raggruppati in superlayers con la stessa orientazione per – Trigger di livello 1 più veloce– Mantenere la differenza di potenziale uniforme.

Camera a Deriva

Caratteristiche • Miscela di gas composta da 80% elio e 20% isobutano: –ottengo una risoluzione spaziale di 100 μm. –basso scattering multiplo • Piccolo angolo di Lorentz per una migliore efficienza della cella

Camera a Deriva

DIRC

Il rivelatore Cerenkov è utilizzato per identificare la natura delle particelle e per determinarne la velocità misurando l'angolo Cerenkov delle tracce.

Nel DIRC le particelle cariche attraversano delle barre di quarzo e generano la radiazione Cerenkov.

I fotoni emessi vengono trasferiti, per riflessione totale interna alla barra, in una tanica contenente acqua purificata e rivelati da una rete di tubi fotomoltiplicatori posti sulla superficie esterna della tanica. L'angolo Cerenkov viene determinato dalla misura della posizione dei fotoni e da quella della traccia.

Il compito principale del DIRC è quello di distinguere tra pioni carichi e kaoni neutri, nella regione di alto momento. Fornisce anche informazioni che possono permettere di identificare altre particelle cariche (muoni, elettroni e protoni).

La radiazione Cerenkov è trasmessa al fotorivelatore attraverso riflessione interna.Dato che i fasci del collider sono asimmetrici, le tracce con alto momento sono emesse per lo più in avanti; perciò si ha una maggiore produzione di radiazione rispetto alle particelle che incidono il radiatore normalmente. All’estremità di ogni barra c’è un cuneo di quarzo che riflette tutta la radiazione Cerenkov prodotta da una particella sullo stesso fotomoltiplicatore.

DIRC

•144 barre di quarzo;

•Ogni barra è spessa 1.7cm, larga 3.5cm e lunga 490cm e è costruita incollando 4 barre più corte.

•Lo spessore radiale totale del rivelatore è 10cm.

•Il cuneo è formato da un blocco di silice sintetica lungo 9cm e largo come le barre con un profilo trapezoidale (alto 2.7cm all’estremità della barra e alto 7.9cm all’interfaccia con l’acqua).

DIRC

Fotorivelatore

•11000 fototubi di 2.5cm di diametro organizzati in array .•Distanza di 120cm dall’estremità delle barre.•Posizionati in un volume a tenuta di gas per proteggerli da eventuali perdite di elio della camera a deriva. •La regione tra il fotorivelatore e le barre è riempita di acqua. •Il tutto è contenuto in una scatola di ferro per schermare i fototubi dal campo magnetico.

DIRC

Calorimetro elettromagnetico•Permette di misurare l'energia e la posizione di particelle sia cariche che neutre, attraverso l'assorbimento delle particelle stesse.

•Una particella che attraversa un calorimetro perde tutta (o parte) della propria energia attraverso la formazione di sciami (showers) di nuove particelle.

•Elettroni e fotoni vengono assorbiti completamente e formano sciami con limitata estensione longitudinale e laterale. Gli adroni, invece, vengono soltanto assorbiti parzialmente e formano sciami estesi. I muoni non vengono assorbiti e non producono sciami.

Il calorimetro di BaBar in particolare:

•determina l'energia, l'identità e la posizione di elettroni, fotoni e pioni neutri, che decadono in due fotoni.

•è costituito da cristalli di CsI(Tl), che forniscono una eccellente risoluzione sia in energia che in posizione, anche per fotoni di energia molto bassa.

Calorimetro elettromagnetico

Il corpo del calorimetro consiste in:

•I moduli sono fatti di fibre di carbonio spesse 300 μm e montati in un supporto posteriore cilindrico di alluminio. Anche il sistema di raffreddamento i cavi e tutta l’elettronica è montata sul lato posteriore di ogni modulo.

•5760 cristalli di CsI(Tl) disposti in righe a angolo polare pari a 48° ognuna con 120 cristalli identici nell’angolo azimutale φ.•I cristalli sono raggruppati in 280 moduli identici con 7x3 cristalli nel piano (θ,φ).

Calorimetro elettromagnetico

La parte anteriore è :•a sezione conica con 820 cristalli di CsI(Tl) disposti in 8 anelli. •Un nono anello è riempito di piombo. •I cristalli sono raggruppati in 20 moduli a forma di cuneo ognuno con 41 cristalli.

Calorimetro elettromagnetico

Flusso di ritorno strumentato(IFR) L'IFR ha due compiti principali:•flusso di ritorno del magnete solenoidale •rivelatore di muoni e adroni neutri.

Il giogo di ritorno del flusso magnetico generato dal solenoide è costituito da strati di acciaio e ferro, alternati con strati che permettono di rivelare il passaggio di particelle oppure lo sciame generato all'interno degli strati di ferro. I muoni attraversano molti più strati di ferro e acciaio dei pioni, e questa informazione viene utilizzata per effettuare la separazione tra i due tipi di particelle.

All'inizio della storia dell'esperimento BaBar, tutti gli strati erano fatti di ferro e i rivelatori attivi erano costituiti da Resistive Plate Chamber (RPC).

Ma un rapido fenomeno di invecchiamento e di perdita di efficienza degli RPC originali ne hanno forzato la sostituzione nella parte in avanti (forward endcap) e nella parte centrale (barrel). Inizialmente tutti gli RPC del forward endcap furono sostituiti con nuovi RPC con 2 lunghezze di assorbimento aggiuntive. Successivamente i sestanti del barrel furono sostituiti con 12 strati di LST e 6 di ottone come materiale assorbente.

Flusso di ritorno strumentato(IFR)

Flusso di ritorno strumentato(IFR)

L’IFR è a forma di prisma esagonale ed è diviso in 6 partiNel layout iniziale il barrel è formato da 19 layers con RPC. Successivamente furono sostituiti con LST.

Flusso di ritorno strumentato(IFR)

L’RPC è formato da due piani di bachelite, spessi 2mm separati di 2 mm da spaziatori di PVC.

La traccia ionizzante che attraversa la gap produce una moltiplicazione a valanga limitata tra i 2 piani. Il segnale è preso da elettrodi orientati lungo la direzione ortogonale all’asse dell’RPC.

La miscela di gas è formata da 4.5% di isobutano, 45% di argon e 60.6% di freon.

Resistive plate chamber (RPC)

Limited streamer tubes (LST)

•Ogni camera dell’ LST è riempita di gas e ha un singolo filo collegato ad alto voltaggio. •Il gas è ionizzato quando passa una particella carica. •Si forma un segnale sul filo che viene utilizzato come coordinata e contemporaneamente è indotta una carica sul piano sotto il filo, che è rivelata usando delle strips perpendicolari alla direzione del filo (coordinata z).• La coordinata r è fornita dalla posizione del layer.

•Ogni tubo è formato da 7 o 8 celle larghe 17mm, alte 15mm e lunghe 380mm. Al centro è presente un filo anodico d’oro. Sono presenti anche 6 fili uniformemente distribuiti lungo la cella per evitare che il filo anodico si pieghi e tocchi le pareti in PVC della cella che sono tenute a terra.

Limited streamer tubes (LST)

Solenoide

Con un campo magnetico le tracce della particelle cariche curvano nel rivelatore: dalla misura della curvatura della traccia si determina l'impulso e dalla direzione di curvatura si determina la carica.

BaBar utilizza un solenoide superconduttore, localizzato tra l'EMC e l'IFR. L'intensità del campo magnetico, fissata a 1.5T, è stata scelta in modo da assicurare buone risoluzioni in impulso, senza aumentare il volume dei rivelatori di tracciamento.

TriggerIl trigger è formato da due livelli: un livello hardware (livello 1) e un livello software (livello 3).

Il livello 1 è format da 4 sotto sistemi: •il trigger delle particelle cariche (il trigger della camera a deriva DCT), •delle particelle neutre (del calorimetro em EMT) •il trigger dei raggi cosmici ( dell’IFR IFT) • il trigger globale(GLT).

I DCT e EMT processano le informazioni che ricevono e le inviano al Global TriggerIl GLT interseca la posizione angolare delle tracce del calorimetro con le tracce della camera a deriva e li manda al Fast Control e Timing system. Utilizza anche le informazioni dell’IFT per il trigger indipendente dei raggi cosmici e delle coppie di muoni. Il rate del livello 1 è circa 2.5kHz a una luminosità L=8x1033cm-2s-1.

Il livello 3 analizza i dati provenienti dalla camera a deriva e dal calorimetro insieme alle informazioni del livello 1 per ridurre ulteriormente gli eventi di background. Le informazioni del livello 1 sono ridotte di un fattore 10 prima di essere scritte in un data storage.