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Das OPAL Experiement

Das OPAL Experiement. Hochenergiephysik am LEP. Physik bei LEP. Zusammenfassung LEP. Betrieben zw. 1989 und 2000 Bis 1995 LEP 1 mit GeV Bis 2000 LEP 2 mit GeV Integrierte Luminosität bis 140 Umfang 26.67 km (+-1cm) Inklination der Ringebene ca. 1.4°

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Das OPAL Experiement

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Presentation Transcript

  1. Das OPAL Experiement Hochenergiephysik am LEP

  2. Physik bei LEP

  3. Zusammenfassung LEP • Betrieben zw. 1989 und 2000 • Bis 1995 LEP 1 mit GeV • Bis 2000 LEP 2 mit GeV • Integrierte Luminosität bis 140 • Umfang 26.67 km (+-1cm) • Inklination der Ringebene ca. 1.4° • Tunnel bis zu 150m unter der Erde • 1,4M m^3 Erdreich ausgehoben

  4. Aufbau 1. Magnetsystem • 3280 Dipol Magnete (ca. 0.1 T) zur Beam-Krümmung • 800 Quadrupole zur Fokussierung • Sextupole zur energieabhängigen Fokussierung (Chromatizität) • Anordnung in sog. Standard Zellen, jeweils 31 pro Bogen (8) • Supraleitende Quadrupole vor Experimenten zur Erhöhung der Luminosität Beam ca. 10 mm x 250 mm (v/h) im Detektor

  5. 2. Beschleunigung • RF Beschleunigung in 128 Cavities, welche von 16 Klystrons betrieben werden • Jede an spherische „low-loss“ Speicherkavität gekoppelt • Operationsfrequ. 352.21 MHz, Spannung bis 400 MV pro Runde

  6. 3. Vakuum • Statischer Druck etwa Torr, mit Beam ca. wg. Synchrotron Strahlung • Umfang aufgeteilt in Sektoren a 474 m • Ultrahochvakuum durch „non-evaporable getter (NEG) strips“ bildet stabile Verbindungen mit Gas-molekülen • Strips 3 cm breit, 22 km lang • Verliert Pumpqualität Aufheizen (400°) 4. Beam Elektronen, Positronen á 4 Bunches 45kHz = 22.4 ms Luminositätslänge ca. 1mm; Tote Region wg. beampipe d = 10mm

  7. Physik des LEP 1 Mögliche Ereignisse bei Elektron-Positron Streuung: • Elastische Streuung (Bhabha) • Annihilation des Paares in zwei oder drei reelle Photonen • Annihilation in virtuelles g od. hadronen od.

  8. Physik des LEP 2 • Durch höhere Energie folgt W-Paar Erzeugung • W zerfallen hadronisch oder (semi-)leptonisch

  9. Weitere 4f Prozeße semileptonisch

  10. Wdh. elktroschwache WW Eichbosonen des schwachen Isospins: (Triplett), (Singulett) Z und g sind Mischzustände: Daraus ergibt sich z.B. Kopplungsstärke Weinbergwinkel über Relation Bei neutralem Strom hat jedes Fermion Vektorkopplung und Axialkopplung

  11. Detektoren • ALEPH (Apparatus for LEp PHysics ) - relativ neue Technologie (1980) - Granularität wichtiger als Energieauflösung • DELPHI (DEtector with Lepton Photon and Hadron Identification) - neueste Technologie - größter SC Solenoid weltweit • OPAL (Omni Purpose Apparatus for LEP) - bewährte Technik • L3 (LEP letter 3) - Augenmerk auf Leptonen und Photonen - Hochauflösendes Kalorimeter (10700 BGO Kristalle)

  12. OPAL

  13. Central tracking system Z-Chambers Silicon Microvertex Detector Vertex Detektor Jet-Chamber Eingeschloßen von Druckkammer (4 bar) und Solenoid

  14. Silicon Microvertex Detector • Nachträglich eingebaut Juni 1991 • Motivation: • Messung von Teilchen mit kleinen • Zerfallslängen < 1 cm • (b-Hadronen, t Lepton, unbekannte T.) • -Erhöhung der räumlichen Auflösung • Messung in zf-Ebene mVTX2 (double sided) Silikon-Streifen in zwei konzentrischen Ringen um beam pipe (ladders)

  15. Ladder • - In jedem Ladder sind z und • Detektor übereinander (double layer) • Auflösung: • z ca. 20 mm • f ca. 5 mm • Strahlungslänge insgesamt • ca. 1.5%

  16. Vertex Detector 470mm 36 Zellen Auflösung s(rf)=50mm sekundär Vertices, Einzelpartikel im Jet Zeitmessung zwischen Preamplifiern liefert grobe z-Messung u.a. für Trigger

  17. Driftfeld 2.5 kV/cm Anodenfeld 360 kV/cm

  18. Jet Kammer L = 4 m, d = 0,5-3.7 m, 24 ident. Sektoren mit 159 Meßdrähten = 3816 Gasgemisch: 88.2% Ar, 9.8% Methan, 2% Isobutan + ca 500 ppm Wasser (bei 4 bar) Driftdistanzen zw. 3cm (innen) und 25 cm (außen) Über 98% von 4p mind. 8 Meßpunkte, jeder Meßpunkt liefert (r , f, z) Auflösung ca. 110 mm (z ca. 6 cm)

  19. Z-chamber und Magnet 24 Stück 4 m x 0.5 m x 5 cm, bilden Zylinder mit d = 3.85 m Auflösung ca. 120 mm Magnet: Wassergekühlter Solenoid, Hcal als Rückführung B = 0.435 T

  20. TOF • - Als Barrel und Endcap (´96) Ausführung • - Hauptaufgabe: Kosmische Teilchen zurückweisen, Triggersignal liefern • TB Radius = 2.36 m, L = 6.84 m, unterteilt in 160 trapezförmige • Szintizähler • - Zeitauflösung: TB = 300 ps, TE = 3 ns • - Lichtausbeute 14 photoelectrons/mips EM Presampler Presampler vor EM-cal (barrel und endcap), weil schon 2x0durchfolgen wurden. 6,84 m lang, r = 2.388 m, 16 Sektoren in zwei Streamer Drift Kammern unterteilt

  21. Elektromagn. Kalorimeter Barrel Sektion: 9440 Bleiglasblöcke in pipe Richtung Größe: ca. 10 x 10 cm², 37 cm tief = 24.6 x0, relativist. Teilchen erzeugen Cherenkov g Energieauflösung: Endcaps: 1132 Blöcke, etwas kleiner als Barreltyp, Auflösung ca. 1% [3-50GeV]

  22. Hadronisches Kal. • Sampling Kalo, 4382 Kammern • 8 Lagen Eisen Absorber á 100 mm • 9 Lagen „Streamer Tubes“ als aktive Elemente • Tubes 75% I-butan, 25% Ar, Streamerkammer

  23. Myon Kammer 110 Kammern: 1.2 m x 10.4 m Decken 1200 m² ab Driftfeld 4kV Gas: Ar 90%, Et 10% Driftgeschw. 38 mm/ms Auflösung: 2 mm in Driftrichtung 1.5 mm in z Richtung

  24. Trigger Zwei unterschiedliche Signaltypen: - Räumliches 4p binning in 6 q * 24 f = 144 bins (überlappend); alle subdetektoren liefern Daten für bins - Trackzahl und/oder Energie Limit (threshold) von jedem Detektor kann Trigger auslösen

  25. Events

  26. Events Good W+W- candidate (a four jet event) recorded by OPAL at 161 GeV energy The red and yellow jets form a mass of 78 GeV, and the blue and green jets form a mass of 77 GeV.

  27. Nochmal WW

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