Введение к работе
з
Актуальность темы
D экспериментах на новых ускорителях с высокой эпергией и светимостью одним из важнейших элементов конструкции детекторов станут калориметры. Многие физические задачи, связанные с измерением поперечной энергии в событиях, с регистрацией струй в передней части детектора, требуют перекрытия калориметрической системой диапазопа углов вплоть до ~0.5 по отношению к направлению пучка. Жесткие требования, предъявляемые к калориметру, работающему в передней области (при углах меньше 5 — 6), ведут к необходимости использовать принципиально повые технологии, обеспечивающие очепь высокое быстродействие системы и способные функционировать в интепсивных радиационных полях. Калориметр, использующий кварцевые волокна, удовлетворяет вышеперечисленным требованиям в достаточной мере.
Цель диссертационной работы
Цель работы состояла в исследовании характеристик прототипов радиациопяо стойкого, быстрого адронного калориметра sa основе оптических волокон из чистого кварца на пучках заряженных частиц высоких энергий.
Результаты, выносимые на защиту
-
Методика обработки данных, полученных в пучковых испытаниях: программы для обработки, отбор событий, калибровка на пучках электронов.
-
Результаты измерения среднего отклика и энергетического разрешения для прототипа калориметра на пучках электронов и 7Г-мезонов разных энергий в зависимости от энергии при углах падения частиц от 0 до 6.
-
Результаты измерения пространственной однородности сигнала в прототипе от координаты точки входа начальной частицы для электронов и пионов.
-
Метод вычисления геометрических параметров электромагнитных и адронных ливней по зависимости амплитуды сигнала в ячейках от расстояния до начального трека.
-
Результаты восстановления геометрических параметров ливней из экспериментальных данных для электронов и пионов.
-
Результаты исследования продольно-сегментированного прототипа: средний отклик и энергетическое разрешение для пучков электронов и пионов разных энергий.
-
Исследование влияния различных способов калибровки продольных секций на измерение энергии адронных струй.
-
Результаты моделирования характеристик калориметра для предполагаемых физических процессов на основании экспериментальных данных.
Научная новизна и практическая ценность
Впервые были детально исследованы характеристики прототипа адрониого калориметра с кварпевьаш волокнами, ориентированными под углом близким к нулю по отношению к направлению входящих в калориметр частиц. Были измерены энергетические характеристики калориметра для 7г~-мезонов и электронов, разработал и применен способ определения геометрических параметров продольного и поперечного профилей электромагнитного и адронного ливней по зависимости амплитуды сигнала в ячейках калориметра от расстояния до точки входа начальной частицы ливпя.
Исследованы временные характеристики калориметра; измерения показали, что время сбора сигнала для электронов и -тг-мезопов практически совпадает и определяется, главным образом, свойствами фотодетектора.
Исследовался прототип с продольной сегментацией. Данные, полученные с его помощью, оказались полезными при разработке окончательной конструкции переднего калориметра для эксперимента CMS и для проверки использовавшейся модели. На основе экспериментальных данных были сделаны оценки характеристик калориметра для ожидаемых в эксперименте CMS "таггирующих" струй.
В результате проведенных измерений доказано, что методика обеспечивает измерение потоков энергии без утечек в неинструмеятированные области вплоть до значений псевдобыстрог rj ~ 4.5. Она позволяет измерять с необходимой точностью энергию адронных струй, то есть удовлетворяет требованиям, предъявляемым к калориметрам, которые будут работать в области малых углов в экспериментах на ускорителе LHC. Калориметр такого типа будет использоваться в детекторе CMS.
Апробация работы и публикации
Основное содержание диссертации опубликовано в работах, приведєшшх в списке публикаций. Результаты докладывались автором на конференциях: "VI International Conference on Instrumentation for Experimenta at e+e" Colliders" в Новосибирске в феврале-ыарте 1996 года, на "7-th Pisa Meeting on advance detectors" па острове Эльба в Италии в мае 1997 года. Кроме того результаты докладывались членами рабочей группы, В.Б.Гавриловыми Л.Суллаком (Бостонский университет), на конференции "6th International Conference on Calorimetry in High-energy Physics" во Фраскати в Италии.
Объем и структура диссертации
Работа изложена на 117 страницах, состоит из введения, пяти глав и приложения, содержит 47 рисунков и список датируемой литературы из 18 наименований.
