Transcript Teilchenidentifikation

Teilchenidentifikation
Friederike Januschek
17/07/2015
Friederike Januschek:
Teilchenidentifikation
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Gliederung
I.
II.
III.
17/07/2015
Möglichkeiten zur Teilchenidentifikation
LHCb
RICH bei LHCb
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I. Möglichkeiten zur
Teilchenidentifikation
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Motivation:
Rekonstruktion von Zerfällen
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Ansätze
a)
b)
c)
d)
Massenbestimmung durch Messung von
Energie und Impuls
Massenbestimmung durch Messung von
Impuls und Geschwindigkeit
Charakteristischer Energieverlust
Charakteristische Wechselwirkungen
im Detektor
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a) Energie, Impuls  Masse

Energiemessung: Kalorimeter

Impulsmessung: Magnetfeld

Problem: nur bei kleinem Impuls
m E p
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Kalorimeter
 Elektromagnetisches
Kalorimeter:
Elektronen und Photonen verlieren ihre Energie durch
Bremsstrahlung, Paarbildung und Ionisation
 Schauerbildung
 Hadronisches
Kalorimeter
Hadronen verlieren ihre Energie hauptsächlich durch
mehrfache Kernstöße
 dickes und dichtes Absorbermaterial
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Impulsmessung im Magnetfeld

Bestimmung des Radius  Impuls
p
r
qB

Ortsmessung (z.B. Driftkammern,
Zeit-Projektionskammern)
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b) Impuls, Geschwindigkeit  Masse
 Impulsmessung
 Geschwindigkeitsmessung
durch TOF
 zwei Szintillatoren, nur für „kleine“
Geschwindigkeiten (<0,99c)
 Siehe
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auch RICH
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c) Bethe-Bloch:
dE/dxTheorie
dE
dx
p(GeV/c)
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Bethe-Bloch: Praxis
Keine Trennung für große Impulse möglich!
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Weitere charakteristische WW
 Myonen
 Myonenkammern
 Neutrinos

 Unterscheidung
durch Ort des Schauers
(Hadronisches und Elektromagnetisches
Kalorimeter) und Schauerlänge
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Schauercharakteristik zur
Teilchenidentifikation
 Elektronen
deponieren Energie weiter
vorne als Hadronen
 Startpunkt der Schauerentwicklung
ebenfalls stark verschieden
 Hadronische Schauer sind viel breiter als
elektromagnetische (ca. fünfmal)
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Transverse slice through CMS detector
Click on a particle type to visualise that particle in CMS
Press “escape” to exit
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II. LHCb
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Allgemeines
 Large
Hadron Collider Beauty Experiment
 Cern, LHC (ab 2007)
 CP-Verletzung  B-Mesonen
 Seltene Zerfälle
 565 Wissenschaftler
 47 Universitäten/Institute
 15 Länder
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Zerfälle von B-Mesonen
B  

B K 

0
d
0
d




B K K
0
d
B K 
0
s


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

B K K
0
s





Wichtig: Separation
von Pionen und
Kaonen
Ansonsten werden
viele CP-verletzende
Prozesse völlig von
Untergrund verdeckt
Zerfälle mit γ, π0
Zeitauflösung
Ortsauflösung
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Der LHCbDetektor
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Der Detektor in der Halle
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Bau des Detektors
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III. RICH bei LHCb
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RICH-Funktionsweise
 Ring-Imaging-
Cherenkov-Counter
 Cherenkov-Licht
 Winkel von Impuls
abhängig
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RICH-Rechnung
RS
r  f  C 
C
2
1
cos C 
n
1

 2r 
n  cos 
 RS 
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r: Radius des Lichtkegels
f: Brennweite des (sphärischen)
Spiegels
θC: Emissionswinkel
RS: Spiegelradius
n: Brechungsindex des
Mediums
p  m0 c 
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m0c
1 
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Das sieht man: RICH-Ringe
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RICH bei LHCb
 Aufgabe:
Teilchen im Bereich
1GeV/c<p<150GeV/c zu identifizieren
 Zwei Detektoren mit drei verschiedenen
Substanzen (verschiedenem n!)
 3σ-Trennung von Kaonen und Pionen im
obigen Impulsbereich
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Lage von RICH 1 und RICH 2
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RICH 1
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RICH 2
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Resultate: Teilchenidentifikation
(simuliert)
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RICH bei L3
p
K

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Zusammenfassung
 Möglichkeiten
zur Teilchenidentifikation
z.B.: E,pm, TOF, WW, dE/dx, RICH
 Für den B-Mesonen-Zerfall RICH eines
der Erfolg versprechendsten
(hohe Impulse!)
 Hohe Erwartungen an RICH 1 und 2 bei
LHCb
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Literatur
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Teilchenidentifikation
-Claus Grupen: Teilchendetektoren, BI-Wiss.Verlag, 1993
-Olaf Ullaland: Particle Identification and Calorimetry at LEP,auf
http://delphiwww.cern.ch/offline/physics_links/reviews.html
-http://www-eep.physik.huberlin.de/~hebbeker/lectures/de97_l08.htm
LHCb
-LHCb – Technical Proposal: http://lhcb-tp.web.cern.ch/lhcb-tp/
-http://lhcb.web.cern.ch/lhcb/html/progress/detect_fig.htm
RICH
-http://lhcb-rich.web.cern.ch/lhcb-rich/html/rich_pictures.htm
-Claus Grupen: Teilchendetektoren, BI-Wiss.Verlag, 1993,
Kapitel 6.4
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Wichtige Eigenschaften der
RICHes
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RICH bei
Aleph:
Foto
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RICH 1 & 2 im Vergleich
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Ereigniszahl/Jahr
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RICH-Poster
von LHCb
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RICH 1
genauer
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RICH 2
genauer
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RICH 1
Ereignis
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RICH 2
Ereignis
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Auflösung
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Local Pattern Recognition
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RICH schematisch
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Verschiedene
Materialien
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Detektorlängsschnitte
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L3 Detektor
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Pads des Silizium Detektors
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HPD Tube
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Photodetektoren
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