Large Hadron Collider beauty Experiment am CERN ?· –CP-Mechanismus und Kosmologie? • Überprüfung…

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  • 123.Juni 2006 Sommersemester 2006 Detektoren bei Dr. M. zur Nedden

    Das Large Hadron Collider beauty Experiment am CERN

    von Regina Kwee

  • 2

    Topics

    1. Intro2. CP-Verletzung bei B-Mesonen3. Das Experiment und seine Detektoren4. Triggersystem und Datenerfassung [DAQ]

  • 3

    Wozu LHCb ? besseres Verstndnis von CP-Verletzung

    Ursprung? Beitrag nicht nur vom SM? CP-Mechanismus und Kosmologie?

    berprfung des SM Beobachtung seltener Zerlle

    systematische Suche nach neuer Physik

    B-Sektor bietet Vielzahl von Zerfllen, wo SM przise Vorhersagen ber CP-V macht!Erweiterung zu BELLE, BaBar und CDF

  • 4

    CP-Verletzung

    generiert durch unitre CKM-Matrix

    Wolfenstein-Parametrisierung: Reihenentwicklung in

  • 5

    CP-Verletzung

    relevant fr bekannt bekannt aus

    Matrix ist eindeutig durch bestimmt !

  • 6

    CP-Verletzung

    9 Unitarittsbedingungen6 Unitarittsdreiecke, davon2 interessante fr B-Mesonen

    Winkelbestimmung

    entweder indirekt ber die Dreieckseiten oder direkt durchdie Vorhersage des SM vonCP-Verletzung

    unterschiedliche Ergebnisse

    neue Physik!

  • 7

    CP-Verletzung

    indirekt

  • 8

    Zerfallskanle

    direktMessung von

    aber stark verunreinigt durch

    misst auch , aber Prozess ist dominiert durch pinguin loops, SM-Test !

  • 9

    Zerfallskanle

    direktMessung von

    SM: kleine CP-Verletzung in Wenn es einen neuen neutralen flavour-ndernden Strom gibt, dann deutlicher Effekt sichtbar!

  • 10

    @CERNLHCb ist eines der 4 greren Experimente am CERN Luminositt von Anfang an konstant minimaler bunch crossing Abstand

  • 11

    Der Detektor

    Vorwrtsdetektor, denn B-Hadronen werden in denselben

    Vorwrts-, bzw. Rckwrtskegel produziert (flavourtag)

    bessere Vertexauflsung als bei Zentraldetektor, da nher am IP

    Vermessung der doppelten Trajektorie

    aber sehr hohere Teilchendichte, d.h. harte Strahlbelastbarkeit fr

    Elektronik, Teilchenfluss von bis zu Hlfte der Teilchen geht verloren (missing arm)

  • 12

    Der Detektor

    Akzeptanz x-z: 10-300 mrad ; y-z: 10-250 mrad

    Seitenansicht

  • 13

    Tracking System warmer Magnet VeLo-Detektor Tracking Stationen TT, T1, T2, T3 (urspnglich mehr) Strahlrohr

    Hauptaufgabe: relative Teilchenimpulsauflsung von fr jedes geladene Teilchen, entspricht B-Massenauflsung von

  • 14

    Magnet Geometrie durch Detektor-

    Akzeptanz bestimmt

    vertikales Feld mit max.1.1T homogenes B-Feld (essentiell

    fr Spurenrekonstruktion) 9 km Al Draht in 120kt

    Stahljoch Datennahme mit Umpolung

  • 15

    VeLo - Vertex LocatorVertex Rekonstruktion ist DIE entscheidende Aufgabe

    tasks genaue Zeitauflsung < 50 fs akurate Spurenmessungen nahe

    am WWP triggert B-Mesonen durch

    Sekundrvertex HLT detektiert Spuren aller

    Teilchen innerhalb der LHCb-Akzeptanz

  • 16

    VeLo - Detektor

    hardware besteht aus 21 Si-Scheiben

    entlang der Strahlachse jede Station besteht aus 2

    Sensorebenen, die die r- und phi-Komponenten jeder Spur messen

    pile-up-veto-Zhler: 2 Si-Scheiben bei kleinstem z verwirft 80% der Mehrfach-

    WW und behlt 95% der Einzel-WW (Simulationen)

  • 17

    VeLo - Detektor

    readout FE-Elektronik bis zu den L-0

    Buffern sind 7 cm von der Strahlachse angebracht Analoge Information von

    220.000 Verstrkern wird ber 7000 twisted pair-Kabel durch den Vakuum Tank zur readout-Elektronik 10m entfernt bertragen

    Auflsung Primrvertex

    ~40 m in z, ~10 m in x,y Sekundrvertex

    ~150-300 m (50 fs)

  • 18

    Trigger Tracker

    schickt pT-Information an L1 wird zur offline-Analyse benutzt

    um Teilchen mit niedrigen Impulsen zu erkennen die nie die T1-T3 erreichen oder auerhalb zerfallen (langlebige neutrale Teilchen)

    Outer Tracker

    ist um T1-T3 gelegen detektiert Spuren mit einem

    radial Winkel von > 15 mrad moderate Teilchendichte,

    daher Gas-Drift-Kammern geplant, mit Gasgemisch Ar 75 %-CF4 15%-CO2 10%

    an T1, T2 T3 hhere Teilchendichte : HL 4 Teile niedrige Belegung durch

    unterschiedliche Granularitt

    Inner Tracker

  • 19

    Ring Imaging CHerenkov Detektor

    Zweck Teilchen Identifikation 3 Trennung zw. Pion und Kaon

    ber Impuls-range 1-150 GeV/c (90%)

    hohes pT tagFunktion Abb. von -Ringen entlang der

    Teilchenspur mit gegebenem pT + Ringradius

    erhlt man die Masse verschiedene n

    R1 R2

    1-40 GeV/c 5-150 GeV/c

  • 20

    Kalorimeter Messung der Gesamtenergie fr

    Teilchen mit hohem pT Scintillating Preshower Detektor, SPD Preshower, PS

    ECAL, HCAL

    Szintillationsschichten,15mm Auslese nach WL-Shift mit PMP MIPs erzeugen Lichtsignal

    SPD: Unterscheidet geladene und neutrale Teilchen PS: schnelle Pion versus Elektron Verwerfung

    Trigger

    SPD, PS

    ECAL

    Shashlik-Technologie Module aus Blei-Absorber-Platten, 2mm

    Szintillatorschichten, 4mm

    25 X0 dick (1.1 WWL) design-Auflsung: (E)/E = .01/E + 0.015^2

    HCAL

    Sampling Struktur Stahl 4mm, Szintillatorschicht 16mm

    5.6 WWL dick design-Auflsung:(E)/E = .64/E + 0.1^2

  • 21

    Myon Kammer

    5 Stationen M1-M5 getrennt vom CAL mit 800mm

    Stahl Wahl auf MWPCs gefallen

    1380 Kammern, 20 unterschiedliche Gren

    Granularitt in horizontaler Ebene feiner(track momentum)

  • 22

    Front-End-Elektronik

    Ausleseelektronik fr jeden einzelnen Detektor prozessiert die individuellen analogen Signale leitet sie

    60m weiter in einen strahlungsfreien Raum (Driver)

    ODE: Digitalisierung und L1-Prozessierung, LCMS

  • 23

    Datenverarbeitung DAQ

    zur Verarbeitung von 40 MB/s : Standard-Multi-Level-System

    L0, L1 Trigger: benutzen lokale Detektorinformation

    HLT - Software - Trigger

  • 24

    Level-0 Trigger

    1. Stufe:L0-pile-up-veto: rekonsruiert grob und

    schnell Primrvertex: pro Bunchcrossing knnen mehrere pp-Kollisionen auftreten (40%). Werden im pile-up mehrere PV gefunden, wird event verworfen.

    3 Trigger fr hohes-pT e, had, photon, cutparameter: hohes ET

    1 Myon-Trigger rekonstruiert

    Myonspuren prft ob high pT Myon

    von Vertex-Region kommt

    Level-0-Entscheidung:Kombination aller L0-Trigger Ergebnisse und letzte Entscheidung

  • 25

    Level-1 Trigger

    soll falsche hohes pT Ereignisse verwerfen, die zum UG gehren u.a. MehrfachWW in

    Detektormaterial, berlappende Schauer

    soll events verwerfen, die keine b-Hadronen enthalten, triggern SV

    fhrt zero level supression Algorithmus aus

    klustert hits

    bei positiver Level-1-Entscheidung HLT

  • 26

    High-Level-Trigger

    L2 eliminiert Ereignisse mit falschem SV mit pT Info, treten

    auf bei mehrfach gestreute Niedrig-Impuls-Spuren

    L3 volstndige und partiellen Rekontruktion der Endzustnde whlt b-Hadron-Zerflle 200 Hz Speicherrate

  • 27

    Daten FlussDAQ

  • 28

    Referenzen

    LHCb Technical Proposal, Genf 1998 Doktorarbeit von B. Carron, Lausanne 2005 Doktorarbeit von P.Koppenburg, Lausanne

    2002 lhcb.web.cern.ch

  • 29

    backup

  • 30

    semileptonische Zerflle

  • 31

  • 32

    VeLo - Detektor

    Signalerzeugung geladenes Teilchen ionisiert

    ein oder zwei Si-Streifenel. Puls zum readout

    readout besteht aus 16 chips pro Sensor, deren input Rate 40 MHz ist

    4s Zeit werden die gebuffert bis L0-Entscheidung kommt

    dann serielle Auslese in 32 readout lines zu einer 60 m entfernten, strahlungsreien Umgebung

    off-Detektor-Prozessierung