Der Delphi DetektorDer Delphi Detektor

Von Gregor Fuhs

1. Februar 2011

Inhaltsverzeichnis

● Der LEP-Beschleuniger● Technische Daten des DELPHI Experiments● Detektortypen● Überblick

Der LEP-Beschleuniger

● CERN, Genf● 27km Länge● Zwischen 50 und 175 Meter unter der Erdoberfläche● Elektron-Positron-Beschleuniger● maximal 209 GeV Schwerpunktsenergie● Luminosität: 2*1031 1/cm²s● 3368 Magnete und 272 Beschleunigerstrukturen● Temperatur von ca. 4 Kelvin● Datennahme: 8/1989 bis 11/2000● Experimente: ALEPH, DELPHI, L3, OPAL

Ziele am LEP

● Genaue Masse des W-Bosons

● Genaue Masse des Z-Bosons

● Anzahl der Neutrinoarten● W-W-Kopplung● Z-Kopplung● Suche nach Higgs● Physik jenseits des

Standardmodels● QCD: Jeteigenschaften

verstehen

DELPHI Experiment

● DEtector with Lepton,Photon and HadronIdentification

● Länge des Barrels: ca. 10 Meter

● Durchmesser: ca. 10Meter

● 2 Endstücke die aufgeklappt werden können

DELPHI Detektor

● Magnetfeld: 1,23 Tverantwortlich für die Krümmung der Bahnen

● Strahlrohr: erst Aluminium 8cm dann Berillium 5,6cm Vorteil: geringere Dichte

DELPHI Detektor

● Möglichst gute Teilchenidentifikation (Leptonen- und Quarksorten)

● Untersuchung des Z0 Zerfalls● Testen der Universalität der schwachen

Wechselwirkung● Untersuchung der Jet-Eigenschaften

(Unterschiede Quark- und Gluonjets)

Was wird wo benutzt?

● Vertexbestimmung: Siliziumdetektoren

● Teilchenbahn und -impuls: Driftkammern, Spurdriftkammern Ring-Cherenkov

● Teilchenenergie: Kaloriemeter

● Teilchenart wird über die WW-Art bestimmt

Was sitzt wo?

DELPHI Detektor

● Halbleiter (Silizium-) Detektoren● Driftkammern● Spurendriftkammer● Ring-Cherenkov-Detektoren● Szintilatoren und Kalorimeter● Myonendetektoren

Siliziumdetektor – Funktionsweise

● Aufzeichnung möglichst nah am Vertex:Spuren und Lebensdauern

● Teilchen erzeugen Elektron-Loch-Paare im Halbleiter

● E-Loch-Paare werden durch ein E-Feld getrennt und zu den Elektroden geleitet

● Mehrere Detektoren zueinander verdreht und hintereinander → Bahn lässt sich nachverfolgen

● Vorteil: Extrem gute Ortsauflösung● Genaue Vertex Bestimmung

Siliziumdetektor im DELPHI

● Am Anfang 2 Detektorzylinder bei 9 und 11cm Radius

● Später zusätzlich bei 6.3cm

● Ortsauflösung von 5 µm bei einer und ≤100 µm bei zwei Spuren

Driftkammern – Funktionsweise

● Spurdetektor● 12 bis 23 cm vom

Vertex, Messbereich von 23° bis 157°

● Genauigkeit von 50 µm (RΦ) bzw 1 mrad (Φ) für Z → µ+µ-

●

Driftkammern – Was wird gemessen

● Gasatome werden ionisiert

● Elektronen lösen Sekundärschauer aus

● Verstärktes Signal wird am Draht gemessen

● Impuls des Teilchens wird über die Lorentzkraft bestimmt

TPC: Zeit Projektions Kammer

● Zeitliche und Ortsauflösung ● 40 bis 110 cm vom Vertex,

20° ≤ Θ ≤ 160°● Auflösungsvermögen: 250 µm für RΦ und 880 µm für Rz für

Einzelspuren, 1 cm für Zwei Spuren● Großes Gasvolumen ohne Drähte● Auswertung an den Enden durch Drahtkammern● Vorteile:

● x-y Koordinaten sehr präzise messbar● z-Koordinate über Driftzeit messbar● d.h. Keine Extra Kammer für z nötig

Ring-Cherenkov-Detektor

● Trennung von π, K, p● 197 und 206 cm vom Vertex● Θ von 42° bis 138° abgedeckt● 0,7 GeV/c bis 25 GeV/c● Teilchen erzeugt Cherenkov-

Strahlung wenn es schneller als Licht in dem Medium ist

● Strahlung wird als Licht wieder abgegeben

● Winkel ~ Geschwindigkeit des Teilchens

● Winkelschwelle abhängig von der Masse der Teilchen ermöglicht die Unterscheidung

cos = 1n

= p p2m2

Szintillator – Funktionsweise

● Bestimmung der Teilchenenergie● Teilchen regt das Szintillatormaterial an● Aufgenommene Energie wird als Licht wieder

abgegeben● Licht wird mit Photomultiplier aufgenommen● Lichtmenge ~ Stossenergie

Kaloriemeter – Funktionsweise

● Bestimmung der Energie der Zerfallsprodukte ● Unterscheidung zwischen Elektromagnetischen

(γ, e) und Hadron-Kalorimetern● Aufbau aus Szintillatoren und Absorbern● Durch Stöße mit dem Absorber werden

Sekundärteilchen erzeugt ● Sekundärteilchen werden dann über die

Szintillatoren ausgewertet

Kaloriemeter – Elektromagnetisch

● Verwendung bei Elektronen, Positronen und Photonen

● 208 cm Innenradius und 260cm Außenradius

● 144 Module in 6 Ringen● Jedes Modul eine TPC● Abwechselnd Blei und Gas● Wechselwirkung durch

Elektromagnetismus● Relative Genauigkeit von

σ(E)/E = 0.043± 0.32/√E

Kaloriemeter – Hadronen

● Folgen nach den EM-Kaloriemetern

● Θ von 11° bis 169° abgedeckt

● σ(E)/E = 0.21± 1.12/√E● Verwendung für Hadronen

und Mesonen● Eisen und Gas● Teilchenerzeung durch

Starke-WW mit Atomkernen

● Keine guten Komponenten, da Jetenergie nicht sehr groß

Myonendetektoren

● Impuls und Energiemessung● Myonen WW in den

Spurkammern; Registrierung der Schauer

● Impuls durch das B-Feld des Jochs möglich

● Abwechselnd Eisen und Spurkammern

● Kaum WW der Myonen vorher, daher ganz außen

● Gute Absorber nötig damit nurnoch Myonen vorhanden

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

Habt Ihr noch Fragen?