Vortrag LHC+ATLAS/CMS

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Vortrag LHC+ATLAS/CMS. 20.07.2006 Im Rahmen der Vorlesung Detektoren in der Elementar-teilchenphysik Gordon Fischer und Michael Volkmann. Überblick. A: Motivation: Higgs Boson und SUSY B: Large Hadron Collider (LHC) C: Experiment 1: ATLAS D: Experiment 2: CMS. HIGGS-Teilchen. - PowerPoint PPT Presentation

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  • Vortrag LHC+ATLAS/CMS20.07.2006Im Rahmen der Vorlesung Detektoren in der Elementar-teilchenphysikGordon Fischer und Michael Volkmann

  • berblickA: Motivation: Higgs Boson und SUSYB: Large Hadron Collider (LHC)C: Experiment 1: ATLASD: Experiment 2: CMS

  • HIGGS-Teilchen

    Die Teilchen in den 3 Familien unterscheiden sich nur in ihrer Masse.

    Schne Symmetrie, wenn alle Teilchen keine Masse htten.Warum haben die Teilchen Masse?Antwort der Theoretiker: Higgs-Teilchen gibt allen Teilchen MasseWie kann man das verstehen????Masse TrgheitDer britische Wissenschaftsminister wollte das auch verstehen, bevor er das Geld fr den Large Hadron Collider locker macht ..

  • Physikalische Prozesse zur HiggserzeugungVielzahl von ErzeugungsmglichkeitenHiggs koppelt an alle massiven TeilchenHufigkeit stark von Masse des Higgs abhngig (unbekannt)Hufigster Prozess nicht der besteWichtig: Trennung von Untergrund muss mglich sein

  • Zerfallskanle des Higgsbosons in Abhngigkeit seiner Masse

  • Goldene Kanle zur HiggssucheAb 150 GeV entstehen geladene LeptonenDaher: em. Kalorimeter und Myonsystem wichtig!

  • vereinigtBosonen mit FermionenKraft mit MaterieFermion

    BosonBoson

    Fermion

  • vereinigt Krfte und

    ein Vereinigungs-Punkt bei MX = 21016 GeV !

    Proton-Lebensdauer > exptl. Grenze leichtestes SUSY-Teilchen Dunkle Materie im Universum ! beseitigt mathemat. Inkonsistenzen in der Theorie

  • 1.Der LHC Beschleuniger27 km langer Ringbeschleuniger am CERN (frher LEP)Schwerpunktsenergie 14 TeVKosten: 2,9 Mrd 4 groe Experimente:ATLASCMSLHCBALICE

  • Der Large Hadron Collider (LHC)Ist ein 27 km langer Kollisionsring, der sich in einem 27 km langen Tunnel 100 m unter der Erde bei Genf (CERN) befindet.

  • Hier ist er .

  • Einige Daten (am Kollisionspunkt)

  • Schematischer berblickpp-Collider mit separaten Magnetfeldern und Vakuumkammernbeide Strahlen teilen sich ca. 130m langes Rohr um die Wechselwirkungszone

  • Die Luminositt

  • Der Atlas DetektorA Toroidal LHC AparatuS Startet wie LHC Ende 2007 Laufzeit ca. 15 Jahre Durchmesser: 22m, Lnge 46m Masse 7000t 80m unter der Erde Hauptziel: Higgs, Susy Kosten 350.000.000 1. Durchbruch im Experiment

  • ATLAS InhaltDesignkriterienInner-DetectorKalorimeterMagnetsystemeMyonspektrometerTriggerEvents

  • ATLAS Video

  • Design KriterienHohe Przision bei primary and secondary Vertex resolutionHohe Auflsung bei Transversalimpulsmessung von LeptonenTau-Lepton Erkennung Schwere QuarksEM Kalorimetrie fr Elektron/Photon mit hoher E-AuflsungHad. Kalorimetrie mit hoher E-Auflsung und auch fr fehlende E.Eff. Myon-Impulsmessung mit Zeitaufls. < kleiner als LHC BC-RateHohe Akzeptanz der Pseudo-Rapiditt (detektorabhngig)Triggering und przise Messung fr Teilchen mit kleinem Transversalimpuls (~20GeV/c) hoffentlich mglich

  • Innerer DetektorPixel Detektor Semi-Conductor Tracker (SCT)Transition Radiation Tracker (TRT)Umgeben von supraleitendem Central Solenoid Magnetsystem mit B=2T

  • Der Pixeldetektor3 Zylinder von jeweils 4cm, 10cm, 13cm Radius5 Scheiben mit Radien von 11 bis 20cm auf jeder SeitePixel: 50m x 300m108 KanleBestmgliche Nhe zum WW-Punkt

  • Semi-Conductor Tracker (SCT)8 je um 40rad verdrehte Lagen von Si-StreifenSpurmessung mit Auflsung von 16m transversal und 580m in StrahlrichtungVorwrtsrichtung zustzlich 9 doppelte Scheiben mit gleich guter Auflsung in r

    Impulsmessung und Vertexposition

  • Transition Radiation Tracker (TRT)straw-DetektorXenon gefllt dnne DriftrhrenDazwischen Radiatorfolien (bergangsstrahlung wird erzeugt)36 weitere Spurpunkte mit Auflsung 170m

  • KalorimetersystemEM Akkordeon KalorimeterHadronisches Platten-KalorimeterHadronic LAr End Cap Calorimeters (HEC)Forward LAr Calorimeters (FCAL)

  • EM Akkordeon Kalorimeter

    Pseudo-Rapiditt: = - ln { tan(/2) }Blei Liquid Argon Kalorimeter24 Strahlungslngen im Mittelteil und 26 StL. End CapTeilchen durchlaufen vorher 2.3 StL. bei =0100.000 Kanle

  • Hadronisches Platten-Kalorimeter|| < 1,614mm dicke Eisenplatten als Absorber3mm dicke Szintillatorplatten aus Polystyrol mit Zusatzstoffen C18H14 (1,5%), C24H16N2O2 (0,04%) (beide -Schieber)Zylinder mit Innen-/Auenradius von 2,28m / 4,25m1 mittlerer Zylinder mit Lnge 5,64m und 2 anschlieende Zylinder von 2,65m Lnge (dazwischen 68cm Lcke fr Auslese usw.)Jeder Zylinder 64 unabhngige Azimuthal-ModuleAlle 3 Zylinder sind unterteilt in 3 Lagen mit 1,4 4,0 1,8 bei =0( ist die hadronische WW-Lnge)

  • Hadronisches End Cap LAr Kal. (HEC)2 unabhngige Scheiben konzentrisch um das Strahlrohr mit Auenradius 2,03m|| < 3,2 (in EM-Kal. Khlung integriert)Nahe Scheiben: 25mm Cu-Platten2 uere Scheiben 50mm Cu-PlattenJede Scheibe besteht aus 32 Modulen

  • Forward LAr Kalorimeter (FCAL)3,1 < || < 4,9 (wieder in EM End Cap Khlungsregler integriert)Nahe dem WW-Punkt starke StrahlungDaher hohe Dichte9,5 X0, mit 3 Segmenten1. Kupfer als EM-KalorimeterBeide hinteren Teile aus WolframMit Rhren in denen LAr als aktives MaterialFCAL: 3584 Kanle insgesamt

  • MagnetsystemeInnen: Central Solenoid (CS) 2,0T(gleicher Vakuumbehlter wie EM-Kalorimeter)Auen:Air-core Barrel Toroid (BT) 3,9TEnd Cap Toroid (ECT) 4,1TECT um 22,5 gegen BT gedreht, um Bahnkrmmung in berlappregionen zu optimierenJeweils 8 Spulen radial zum StrahlrohrJeder der 8 BT Spulen besitzt eigenes KhlungssystemECT besitzt 2 groe KhlungssystemeHelium 4,7K (auch CS)

  • Myon Spektrometer (MS)4 Bestandteile:Cathode Strip Chamber (CSCs) und Monitored Drift Tubes (MDTs) sind Przisions-SpurkammernResistive Plate Chamber (RPCs) und Thin Gap Chamber (TGCs) sind Teil des Level 1 Trigger Systems

  • Przisionsspurkammern (CSCs und MDTs)3 zylindrische Lagen in der Mitte4 Scheiben in den ueren BereichenJeweils 2 mehrfache Lagen von CSCs nahe dem WW-Punkt und 3 mehrfache Lagen von MDTs weiter auenCSC: multi-wire Proportionalkammern mit Ortsauflsung von 50m

    MDT: 70 - 630cm lange Aluminiumrhre mit Durchmesser von 30mmGefllt mit Ar-CO2 Mischung, mit Einzelauflsung 80 mMonitored optische berwachung der mech. Verformung

  • RPCs und TGCsNarrow gas gap Chambers aus zwei widerstandsfhige Platten (isoliert)Gefllt mit C2H2F6 und SF6 Mischung2 Lagen von Strips zur Auslese (rechtw.)Orts- / Zeitauflsung 1cm / 1ns

    Multi-wire Porportionalkammern mit kleinem Abstand zwischen Kathode AnodeCO2 und n-C5H12 MischungGute Zeitauflsung und zusammen mit RPCs Bildung von Triggerlevel 1

  • Level 1 TriggerHardware TriggerLHC produziert 40 MHz * 23 events = 960 MHzReduziert auf ca. 75 kHzIdentifiziert Regions of Interest (RoI)Kein Tracking -> zu hoher FlussWeiterleitung zu Level 2RoI-Builder combiniert verschiedene Teildetektoren

  • High Level Trigger System (HLT)Nach LVL 1 trotzdem noch 160Gbyte/sHochwertiges HLT ntigBestehend aus Level 2 und EventfilterEventrate auf O(100)Hz reduzierenca. 1,5 Mbyte pro EventKapazitt ca. einige hundert Mbyte/s

  • Level 2Eingang 75 kHzSchnelle aber limitierte PrzisionsalgorithmenNutzt nur ca. 2% der Eventdaten (RoI)Aber: restliche Eventdaten bleiben in PipelineMittlere Rechenleistung ntigca. 10 ms pro EventAusgang 1 kHz

  • Event FilterEingang 1 kHzVollstndige Eventdaten (keine RoI)Langsame aber genaue Przisionsalgorithmen Sehr hohe RechenleistungAusgang 100 Hzca. 1s Rechenzeit pro EventEventspeicherung auf Band

  • Event selection Strategie Riesige Unterschiede in Grenordnungen der WQS

    inklusiv Rate 6 MHz

    inklusive W-Produktion 300 Hz

    StM Higgs (120 GeV) 0.001 Hz

    Unvoreingenommene und effiziente Algorithmen

  • Physikalische Trigger Objekte

  • Trigger MenuBenennungsschema: NoXXi (2e15i)(N: min. Anzahl der Objekte, o: Objekt, XX: Schwellwert, i: Isolationskriterium)

    Inclusive physics triggers (Basistriggersystem), Bsp.: 60 i, 2 20i fr Zerfall des Higgs

    Prescaled physics triggersBsp.: 1Tau, 2 Tau (verschiedene Schranken, fr Z 2xTau)Exclusive physics triggersBsp.: e20i+xE25 fr Wev

    Monitor and Calibration triggersBsp.: e25 Stellt Triggereffiziens fr e25 dar

  • Abgelehnt!!!

  • Akzeptieren oderVerwerfen?Akzeptieren!Supersymmetrie

  • Abgelehnt!!!

  • nergienergiemuonAccepter!boson HiggsAkzeptieren oderVerwerfen?

  • Fanartikel (www.atlas.ch)3d-Viewer

    T-Shirts und Poster

  • Der CMS Detektor

    (Compact Muon Solenoid)

  • berblick 1. Motivation und Aufgabe 2. Aufbau 2.1 Spurkammer 2.2 Kalorimeter 2.3 Das Magnetfeld 2.4 Myonenkammer 2.5 Trigger und DAQ

  • 1.Der Detektor:Motivation und AufgabenCMS ist komplementrer Detektor zu AtlasUnterschiedliche Designs garantieren bessere Untermauerung der Messdaten Hauptschlich Nachweis von Myonen mit hohem transversalen Impuls, Elektronen und Photonen

  • 2. Aufbau

    Wesentliche Elemente:zentraler Spurdetektor

    hochwertiges elektromagnet. Kalorimeter

    hermitesches hadronisches Kalorimeter

    hervorragender Myonendetektor

  • CMS - Lngsschnitt

  • Querschnitt des CMS Detektors

  • 2.1 Die SpurkammernAufgaben:SpuridentifizierungImpulsmessungVertexidentifizierung

  • Pixel Detektor2 Schichten im Abstand (7 und 11) cm vom StrahlAn Enden (6 und 15) cm Pixelschichten aus modularen DetektoeinheitenJedes Modul hat eine Sensorplatte mit Read Out Chips (ROC)

  • Pixel Detektor

  • Silikon Streifendetektor

  • z.B. Impu