35
Collider Detector Collider Detector at Fermilab at Fermilab CDF CDF

Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Collider Detector at Collider Detector at FermilabFermilab

CDFCDF

Page 2: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

ÜbersichtÜbersicht

TevatronTevatron

CDF ExperimenteCDF Experimente

Der CDF – DetektorDer CDF – Detektor

Das Trigger – SystemDas Trigger – System

Page 3: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

ÜbersichtÜbersicht

TevatronTevatron

CDF ExperimenteCDF Experimente

Der CDF – DetektorDer CDF – Detektor

Das Trigger – SystemDas Trigger – System

Page 4: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Tevatron

Page 5: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Tevatron

HH---Erzeuger und -Erzeuger und

VorbeschleunigerVorbeschleuniger

Im Cockroft-Walton-Beschleuniger werden Elektronen an Wasserstoffatome gebunden und die negativ geladenen Wasserstoffionen mittels Hochspannung auf 750 keV (0,04c) beschleunigt.

Page 6: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Tevatron

LINAC LINAC (Linearbeschleuniger)(Linearbeschleuniger)

Der LINAC beschleunigt die Wasserstoffionen weite auf 400 MeV (ca. 0,7 c) bevor sie in den Booster injiziert werden.

Page 7: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Tevatron

BoosterBooster

Der Booster ist ein Synchrotron mit einem Durchmesser von 150 m. Hier werden die Wasserstoffionen auf 8 GeV beschleunigt.

Page 8: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Tevatron

Main InjektorMain Injektor

Der Main Injektor hat vier Aufgaben:

p von 8GeV auf 150GeV beschleunigen.

Extraktion eines Anteils der 120GeV p, welche auf ein Nickeltarget zur Erzeu- gung von Anti-p gelenkt werden.

Beschleunigen der 8GeV Antiprotonen (vom Accumulator) auf 150GeV.

Injizieren von p und Anti-p in den Tevatronhauptring.

Page 9: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Tevatron

Accumulator und Accumulator und DebuncherDebuncher

Der Debuncher homogenisiert die Antiprotonen, welche vom Target kommen auf 8GeV.

Der Accumulator speichert die Antiprotonen bei 8GeV.

Page 10: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Tevatron

Tevatron-Tevatron-HauptbeschleunigerHauptbeschleuniger

Hier werden die Protonen und Antiprotonen je auf knapp 1000GeV beschleungt und an den zwei Wechselwirkungspunkten (Bei den Detektoren CDF und D0) zur Kollision gebracht.

Schwerpunktsenergie bei 2TeV.

Page 11: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Tevatron

Run 1B Run IIa (5/04)

Energy/beam 900GeV 1000GeV

Peak Luminosity 1,6x1031cm-2s-1 6,5x1031cm-2s-1

Number of bunches 6 36

Bunch spacing 3500nsec 396nsec

Run period 1992 – 1996 2001 – ?

Integral Luminosity 118pb-1 0,5fb-1

Page 12: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

ÜbersichtÜbersicht

TevatronTevatron

CDF ExperimenteCDF Experimente

Der CDF – DetektorDer CDF – Detektor

Das Trigger – SystemDas Trigger – System

Page 13: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

CDF ExperimenteCDF ExperimenteRun I ( 1992-1995):Run I ( 1992-1995):

Entdeckung des top-Quark. Präzisionsmessung der W-bosonenmasse. Suchen nach Substrukturen in Quarks. Untersuchung des zeitabhängigen Mischens im B System. Prezisionsmessung der B Lebensdauer. Messungen der Strukturfunktion der Quarks und Gluonen

im Proton.

Run II (seit 2001)Run II (seit 2001)

Messung der Bs Bsbar Oszillationsfrequenz. Messung der B0 B0bar Oszillationsfrequenz. Suche nach CP-Verletzung in B0 -> π+ π- Zerfällen.

Page 14: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Bs OszillationBs Oszillation

13.04.2006 Erstmals Teilchen-Antiteilchen-Oszillationen von Bs-Mesonen direkt nachgewiesen.

Dient Untersuchung der CP-Verletzung.

CDF Experimente

Page 15: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

CDF Experimente

Zerfallslänge

Bs0

Ds+

-

+

K+

K -1. Bestimmen des primären

Vertex

2. Rekonstruieren des

sekundären Vertex

Messung der Zerfallslänge

L+Impuls

Bestimmung der

Lebensdauer:

c mB (L

pB

)

CDF Experimente

LebensdauermessungLebensdauermessung

Für beide Untersuchungen ist es nötig, einen Sekundärvertex auflösen zu können.Dies stellt besondere Anforderungen an die Auflösung des Spursystems.

CDF

Page 16: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

ÜbersichtÜbersicht

TevatronTevatron

CDF ExperimenteCDF Experimente

Der CDF – DetektorDer CDF – Detektor

Das Trigger – SystemDas Trigger – System

Page 17: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Der CDF – DetektorDer CDF – Detektor

10 m

16 m

Vielseitiger Detektor

Hochauflösendes Spursystem

5000 Tonnen

Page 18: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Si-Vertexdetektor

Hard. Kalorimeter

Magnet

Der CDF – Detektor

EM Kalorimeter

DriftkammerMuon-Driftkammer

Stahlschild

Muon-Scintillator Counter

Page 19: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Der CDF – Detektor

Page 20: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

SpursystemSpursystem

10 m

16 m

Der CDF – Detektor

Page 21: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

1.1.VertexdetektorVertexdetektor (Siliziumstreifen)(Siliziumstreifen)

(Auflösung ~10µm)(Auflösung ~10µm)

2.Driftkammer2.Driftkammer (Gas)(Gas)

(Auflösung ~175µm)(Auflösung ~175µm)

Spursystem

Primärvertex

Sekundärvertex

Der CDF – Detektor

Page 22: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Lage 0

Lagen 1- 5

Lagen 6-7

Supportstruktur

VertexdetektorDer CDF – Detektor

VertexdetektorVertexdetektor

Page 23: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

1.9 m

Lage 0

Lagen 1- 5

Lagen 6-7

SupportstrukturLage 0 Lagen 1- 5

VertexdetektorDer CDF – Detektor

Lagen 6-7

Page 24: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Lage 0

Lagen 1- 5

Lagen 6-7

Supportstruktur

VertexdetektorDer CDF – Detektor

Lage 0 (Layer 00)

Lagen 1-5 (SVXII)

Lagen 6-7 (ISL)

total

Lagen 1 5 2 8

Länge 0,9m 0,9m 1,9m

Kanäle 13824 405504 303104 722432

Innenradius 1,35cm 2,5cm 20cm 1,35cm

Außenradius 1,65cm 10,6cm 28cm 28cm

Page 25: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

SVX II

Streifensensor

VertexdetektorDer CDF – Detektor

Auflösung bis 10µm

Page 26: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Driftkammer (COT)

12 Signaldrähte

13 Potentialdrähte

Anzahl Signaldrähte 30240Lagen 8davon Stereolagen (2°) 4Signaldrahtebenen 8•12=96Ortsauflösung 175 µmFüllgas Ar-Et-CF4

Ø 280 cm

Der CDF – Detektor

DriftkammerDriftkammer

Page 27: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Magnet

• Supraleitend

• 1.4 Tesla

Impulsmessung :Impulsmessung :SpursystemDer CDF – Detektor

Page 28: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

DriftkammerVertexdetektor Auflösung ~175µm

Auflösung ~10µm

Spursystem

Rekonstruierte Rekonstruierte SpurenSpuren

Der CDF – Detektor

Page 29: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

DriftkammerVertexdetektor

PrimärtvertexSekundärvertex

Auflösung ~175µm

Auflösung ~10µm

SpursystemDer CDF – Detektor

Rekonstruierte Rekonstruierte SpurenSpuren

Page 30: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Einbau Driftkammer Einbau Vertexdetektor

SpursystemDer CDF – Detektor

Page 31: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

ÜbersichtÜbersicht

TevatronTevatron

CDF ExperimenteCDF Experimente

Der CDF – DetektorDer CDF – Detektor

Das Trigger – SystemDas Trigger – System

Page 32: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Da Protoncollider sehr hoher Untergrund

Aufteilung des Triggers in 3 Stufen

Reduktion der Daten von7,6 Millionen Ereignissenauf ca. 50.

Das Trigger – Das Trigger – SystemSystem

Page 33: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Das Trigger – System

Level 1 TriggerLevel 1 TriggerErhält Daten aus den Kalorimetern.

Bestimmt verschiedene Teilchenartenund zählt sie.

Wenn interessantes Ereignis, dannStopp und Weitergabe an L2 Trigger.

7,6 MHz → ca. 50 kHz

Page 34: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System

Das Trigger – System

Level1 Trigger

L2 und L3 TriggerL2 und L3 TriggerIm L2 Trigger erste Spurrekonstruktion.

Wenn interessant, vollständiges Auslesender Detektordaten und Weiterleitung an L3

50 kHz → 300 Hz

Linux – Cluster mit 256 Prozessoren.

Vollständige Rekonstruktion des Ereignisses.

Verschiedene Filteralgorithmen Datenreduktion auf unter 50 Ereig./sec.

Page 35: Collider Detector at Fermilab CDF. Übersicht Tevatron Tevatron CDF Experimente CDF Experimente Der CDF – Detektor Der CDF – Detektor Das Trigger – System