Введение к работе
Актуальность темы. Высокоточное измерение координат заряженных частиц при прохождении их через коллайдерный детектор является актуальной задачей методики современного эксперимента в физике высоких энергий. Это обусловлено тем, что информация о свойствах новых частиц таких, как^апример, бозон Хиггса или t-кварк, может быть получена только при условии измерения кинематических параметров продуктов распада этих частиц. Поэтому, например, в коллайдерном детекторе ATLAS, для высокоточного восстановления траекторий заряженных частиц необходимо определить пространственное положение с точностью - 50 мкм более 100 миллионов активных элементов (анодных проволок, стрипов и т.д.) в дрейфовых и пропорциональных камерах, в кремниевых стриповых детекторах, обеспечивающих измерение координат заряженных частиц при их прохождении через детектор. Только при выполнении этого условия станет возможным решить обратную задачу, т.е. по известным точкам, в которых измерены координаты заряженной частицы, восстановить их траектории и, следовательно, получить информацию о процессах рождения частиц.
Точное определение положения активных элементов камер необходимо на каждой стадии создания коллайдерного детектора: как при конструировании - для оценки механической точности конструкции, так и при работе детектора на пучке - для контроля за стабильностью его положения.
Существует несколько методов измерения координат активных элементов детектора: по траекториям заряженных частиц, методом оптических метрологических измерений и с помощью позицион-но-чувствительных датчиков.
В последнее время, для определения относительного положения детекторов (alignment), предназначенных для измерения координат заряженных частиц, получили развитие методы, использующие рентгеновское излучение. Первой работой в этом направлении можно считать работу [1]. Авторы этой работы использовали узкий ~ 50 мкм рентгеновский пучок для высокоточного определения относительного положения модулей кремниевого стрипового вершинного детектора, предназначенного для установки MARK И, которая работает на линейном коллайдере в Стэнфорде (SLAC).
Цель работы. Задачей представленной диссертационной работы было создание и развитие методики, использующей узкий монохроматический рентгеновский пучок для определения пространственного положения активных элементов (анодных проволок, стрипов и т.д.) и для исследования характеристик пропорциональных и дрейфовых камер. Развитие данной методики позволяет повысить точность восстановления траекторий заряженных частиц в коллайдерных детекторах.
Научная новизна.
Разработана и экспериментально проверена новая методика, в которой используется узкий монохроматический пучок для измерения дифференциальной нелинейности пространственной шкалы камер с катодными стрипами. Создана установка, позволяющая проводить изучение характеристик и калибровку этих камер. Использование данной методики позволяет уменьшить систематические ошибки, возникающие при восстановлении траекторий заряженных частиц с помощью камер с катодными стрипами.
Разработана .и экспериментально проверена новая методика измерения координат анодных проволок в дрейфовых трубках с помощью узкого монохроматического рентгеновского пучка и создана установка для измерения координат анодных проволок в детекторе TRT (Transition Radiation Tracker) для эксперимента ATLAS. Использование данной методики позволит обеспечить восстановление траекторий заряженных частиц с помощью детектора TRT с точностью 100 мкм. <
Научная и практическая ценность.
В результате проведенных исследований и разработок, изложенных в диссертации, создана новая методика высокоточного измерения (~ 1 мкм) координат анодных проволок в дрейфовых трубках и дифференциальной нелинейности пространственной шкалы камер с катодными стрипами, использующая узкий монохроматический рентгеновский пучок.
С помощью созданной установки для измерения дифференциальной нелинейности можно проводить калибровку пространственной шкалы камер с катодными стрипами. Такая калибровка позволяет уменьшить систематические ошибки, возникающие при восстановлении траек-
торий заряженных частиц в коллайдерном детекторе с помощью таких камер.
Высокоточное определение координат анодных проволок в детекторе TRT, выполненное с помощью созданного прибора управления рентгеновским пучком, позволит повысить точность измерения координат заряженных частиц с помощью данного детектора в эксперименте АТЛАС до 100 мкм.
На защиту выносятся:
Метод измерения дифференциальной нелинейности координатной шкалы пропорциональных камер с катодными стрипами, использующий узкий монохроматический рентгеновский пучок с энергией 36,03 кэВ, что позволяет достигнуть в камерах такого типа пространственного разрешения близкого к предельному.
Установка для калибровки камер с катодными стрипами, состоящая из монохроматора и двухкоординатного стола, позволяющего перемещать этот монохроматор с точностью ± 10 мкм в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Модель процессов, сопровождающих регистрацию монохроматического рентгеновского излучения камерой с катодными стрипами, в рамках которой объясняется зависимость пространственного разрешения камеры от энергии рентгеновских квантов.
Результаты измерения дифференциальной нелинейности пространственной шкалы для тестовой пропорциональной камеры с катодными стрипами.
Метод высокоточного измерения (~ 1 мкм) координат анодных проволок в дрейфовых трубках,использующий узкий монохроматический рентгеновский пучок.
Результаты статистических расчетов выходов вторичного флюоресцентного излучения, фото- и оже-электронов из анодных проволок пропорциональных камер при облучении их рентгеновским пучком.
Прибор для измерения координат анодных проволок в детекторе TRT (Transition Radiation Tracker) эксперимента ATLAS, который
позволяет направлять узкий монохроматический пучок в заданном телесном угле и измерять это направление с высокой точностью.
Методика проведения юстировки прибора управления рентгеновским пучком, разработанная в результате анализа параметров созданного прибора.
Результаты измерений координат анодных проволок в полномасштабном прототипе модуля детектора TRT, полученные с помощью созданного прибора управления рентгеновским пучком.
Апробация работы. Представленные в диссертации результаты докладывались на рабочих совещаниях международной коллаборации ATLAS (ЦЕРН, Женева, 1995-1997 г.), на рабочих совещаниях международной коллаборации GEM (1993 г.) и на юбилейной сессии ученого совета Петербургского института ядерной физики (Гатчина, 1996 г.).
Основное содержание диссертации отражено в девяти публикациях.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Она содержит 116 страниц машинописного текста, 54 рисунка, 3 таблицы. Список литературы содержит 74 наименования.
