Violazione di CP - Dipartimento di Fisica e Geologia

RIVELATORE BABAR
Appello del 13/07/2012
Valeria Nico
•Violazione di CP
•Slac Linac
•Pep II
•BaBar
Misura la violazione di CP dovuta all’interferenza tra il decadimento
diretto di un mesone B neutro in autostato di CP e il decadimento
con il mixing:
Studio del decadimento dei mesoni B neutri in autostati di CP:
•un mesone è ricostruito come autostato di CP (decade in cc -KS o cc -KL );
•l’altro mesone è utilizzato per il tag del flavor.
Tramite la misura della distanza tra i vertici di decadimento si ricava il valore
dell’asimmetria dovuta al decadimento diretto in autostato di CP o tramite il
mixing.
CARATTERISTICHE:
•Collider lineare lungo 2 miglia
•Elettroni e positroni non irradiano
•Raggiungo l’energia di Lep in meno
spazio
•Posso studiare le sezioni d’urto
polarizzate perché i fasci
mantengono la polarizzazione.
•2 anelli di accumulazione per elettroni e positroni.
•Fascio di positroni ha energia di 3.1 Gev mentre quello
degli elettroni ha energia di 9.0 Gev.
•Produzione dei mesoni B in moto a causa dei fasci
asimmetrici.
•Luminosità L=3*103cm-2s-1
•Solenoide
•Camera
a deriva
-digenera
(DCH)
unincampo
- è il di
rivelatore
1.5 T •Calorimetro
elettromagnetico
•Rivelatore
Vertice
Silicio
(SVT)
•Rivelatore
•Flusso
di ritorno
Cerenkov
strumentato
(DIRC)
(IFR)
-(EMC)
permette
- permette
di
principale
uniforme
in
per
tutto
la
misura
il
volume
dell'impulso
della
DCH.
delle
È
permette
di identificare
elettroni,
fotoni
e
determinare
la posizione
delle
identificare
l'identificazione
gli adroni carichi.
particelle
essenziale
cariche
per poter
e grazie
effettuare
alle misure
le misure
deldidE/dx
adroni.
tracce
delle
cariche.
dei muoni
e particelle
degli adroni
neutri.
permette
carica
e dil’identificazione
impulso delle della particelle.
particelle cariche.
• Misura con grande precisione la posizione (z,r,φ) delle tracce in prossimità del punto di
interazione.
• Raggiunge ottime risoluzioni sia in energia che in posizione e permette di avere risposte
in uscita molto veloci.
•È il solo tracciatore presente entro il volume del tubo di supporto .
•È costituito da 5 strati di rivelatori di silicio a simmetria cilindrica con microstrip su
entrambe le facce dei wafers (double-sided silicon microstrip detectors).
•Permette la misura della distanza tra i vertici di decadimento dei due mesoni B.
•I 5 layer sono organizzati in 6,6,6,16 e 18 moduli. I moduli dei livelli interni sono rettilinei
mentre quelli dei layer 4 e 5 sono arcuati per ridurre il materiale nella regione di accettanza.
•La risoluzione spaziale per le trace perpendicolari è 10-15μm per i 3 livelli più interni e 40μm
per i due più esterni
•I livelli più interni per ricostruire il parametro
di impatto mentre gli altri per riconoscere le tracce
a basso momento trasverso.
La camera è riempita di un gas opportuno, e contiene più di 8000 fili, che possono essere
suddivisi in field wires, che garantiscono un campo elettrico, e sense wires, che invece raccolgono
gli elettroni prodotti dalla ionizzazione del gas indotta dal passaggio delle particelle cariche.
La posizione della traccia ionizzante è determinata dal tempo che gli elettroni, prodotti dalla
ionizzazione, impiegano per giungere sui sense wires .
In BaBar la camera a deriva (DCH) è il dispositivo di tracciamento principale. Il suo
compito primario è quello di misurare con la migliore risoluzione possibile l'impulso
delle tracce cariche e la misura del dE/dx utile per l'identificazione della particelle.
•Flat aluminum rear (24 mm) and forward (24+12 mm) endplates
– Forward endplate with thin outer section to minimize material
– Preamplifier and digitizer electronics on rear endplate only
•Load-bearing inner and outer walls to reduce deflections
– Inner wall of 1 mm-beryllium (40% load)
– Segmented outer wall of 2x1.5 mm CF skins on Nomex core
(60% load)
•40-layer small-cell chamber:
– Cells are 12x18 mm2 in size
– 7104 drift cells with hexagonal field wire pattern
– 80 and 120 mm gold-plated aluminum field wires
• I Layers sono raggruppati in superlayers con la stessa
orientazione per
– Trigger di livello 1 più veloce
– Mantenere la differenza di potenziale uniforme.
• Miscela di gas composta da 80% elio e 20% isobutano:
–ottengo una risoluzione spaziale di 100 μm.
–basso scattering multiplo
• Piccolo angolo di Lorentz per una migliore efficienza della cella
Il compito principale del DIRC è quello di
distinguere
tra pioniper
carichi
e kaoni
neutri,
I fotoni emessi
vengono trasferiti,
riflessione
totale
interna
regione
di alto momento.
Fornisce
alla barra, innella
una tanica
contenente
acqua purificata
e rivelati da
Il
rivelatore
Cerenkov
è
utilizzato
per
Nel
DIRC
le particelle
attraversano
anche
informazioni
checariche
possono
permettere
una rete di tubi
fotomoltiplicatori
posti
sulla superficie
esterna
identificare
la
natura
delle
particelle
e per
barre di altre
quarzo
e generano
la radiazione
della tanica. di delle
identificare
particelle
cariche
(muoni,
Cerenkov.
determinarne
la velocità
L'angolo Cerenkov
viene
determinato
dallamisurando
misura della
elettroni
e protoni).
l'angolo
Cerenkov
tracce.
posizione dei fotoni
e da quella
delladelle
traccia.
La radiazione Cerenkov è trasmessa al fotorivelatore attraverso riflessione interna.
Dato che i fasci del collider sono asimmetrici, le tracce con alto momento sono emesse per lo
più in avanti; perciò si ha una maggiore produzione di radiazione rispetto alle particelle che
incidono il radiatore normalmente.
All’estremità di ogni barra c’è un cuneo di quarzo che riflette tutta la radiazione Cerenkov
prodotta da una particella sullo stesso fotomoltiplicatore.
•144 barre di quarzo;
•Ogni barra è spessa 1.7cm, larga 3.5cm e
lunga 490cm e è costruita incollando 4 barre più corte.
•Lo spessore radiale totale del rivelatore è 10cm.
•Il cuneo è formato da un blocco di silice sintetica lungo
9cm e largo come le barre con un profilo trapezoidale (alto
2.7cm all’estremità della barra e alto 7.9cm all’interfaccia
con l’acqua).
•11000 fototubi di 2.5cm di diametro organizzati in array .
•Distanza di 120cm dall’estremità delle barre.
•Posizionati in un volume a tenuta di gas per
proteggerli da eventuali perdite di elio della camera a
deriva.
•La regione tra il fotorivelatore e le barre è riempita di
acqua.
•Il tutto è contenuto in una scatola di ferro
per schermare i fototubi dal campo magnetico.
•Permette di misurare l'energia e la posizione di particelle sia cariche
che neutre, attraverso l'assorbimento delle particelle stesse.
•Una particella che attraversa un calorimetro perde tutta (o parte) della
propria energia attraverso la formazione di sciami (showers) di nuove
particelle.
•Elettroni e fotoni vengono assorbiti completamente e formano sciami
con limitata estensione longitudinale e laterale. Gli adroni, invece,
vengono soltanto assorbiti parzialmente e formano sciami estesi. I
muoni non vengono assorbiti e non producono sciami.
Il calorimetro di BaBar in particolare:
•determina l'energia, l'identità e la posizione di elettroni, fotoni e
pioni neutri, che decadono in due fotoni.
•è costituito da cristalli di CsI(Tl), che forniscono una eccellente
risoluzione sia in energia che in posizione, anche per fotoni di
energia molto bassa.
Il corpo del calorimetro
consiste in:
•5760 cristalli di CsI(Tl) disposti in righe a angolo polare pari a
48° ognuna con 120 cristalli identici nell’angolo azimutale φ.
•I cristalli sono raggruppati in 280 moduli identici con 7x3
cristalli nel piano (θ,φ).
•I moduli sono fatti di fibre di carbonio spesse 300 μm e
montati in un supporto posteriore cilindrico di alluminio.
Anche il sistema di raffreddamento i cavi e tutta l’elettronica è
montata sul lato posteriore di ogni modulo.
La parte anteriore è :
•a sezione conica con 820 cristalli di CsI(Tl) disposti in 8 anelli.
•Un nono anello è riempito di piombo.
•I cristalli sono raggruppati in 20 moduli a forma di cuneo ognuno
con 41 cristalli.
L'IFR ha due compiti principali:
•flusso di ritorno del magnete solenoidale
•rivelatore di muoni e adroni neutri.
Il giogo di ritorno del flusso magnetico generato dal solenoide è costituito da strati di
acciaio e ferro, alternati con strati che permettono di rivelare il passaggio di particelle
oppure lo sciame generato all'interno degli strati di ferro.
I muoni attraversano molti più strati di ferro e acciaio dei pioni, e questa
informazione viene utilizzata per effettuare la separazione tra i due tipi di particelle.
All'inizio della storia dell'esperimento BaBar, tutti gli strati erano fatti di ferro e i
rivelatori attivi erano costituiti da Resistive Plate Chamber (RPC).
Ma un rapido fenomeno di invecchiamento e di perdita di efficienza degli RPC
originali ne hanno forzato la sostituzione nella parte in avanti (forward endcap) e
nella parte centrale (barrel). Inizialmente tutti gli RPC del forward endcap furono
sostituiti con nuovi RPC con 2 lunghezze di assorbimento aggiuntive.
Successivamente i sestanti del barrel furono sostituiti con 12 strati di LST e 6 di
ottone come materiale assorbente.
L’IFR è a forma di prisma esagonale ed è diviso in 6 parti
Nel layout iniziale il barrel è formato da 19 layers con RPC.
Successivamente furono sostituiti con LST.
L’RPC è formato da due piani di bachelite,
spessi 2mm separati di 2 mm da spaziatori di
PVC.
La traccia ionizzante che attraversa la gap
produce una moltiplicazione a valanga limitata
tra i 2 piani.
Il segnale è preso da elettrodi orientati lungo la
direzione ortogonale all’asse dell’RPC.
La miscela di gas è formata da 4.5% di
isobutano, 45% di argon e 60.6% di freon.
•Ogni camera dell’ LST è riempita di gas e ha un singolo filo collegato ad alto
voltaggio.
•Il gas è ionizzato quando passa una particella carica.
•Si forma un segnale sul filo che viene utilizzato come coordinata e
contemporaneamente è indotta una carica sul piano sotto il filo, che è rivelata usando
delle strips perpendicolari alla direzione del filo (coordinata z).
• La coordinata r è fornita dalla posizione del layer.
•Ogni tubo è formato da 7 o 8 celle larghe 17mm, alte 15mm e lunghe 380mm. Al
centro è presente un filo anodico d’oro. Sono presenti anche 6 fili uniformemente
distribuiti lungo la cella per evitare che il filo anodico si pieghi e tocchi le pareti in
PVC della cella che sono tenute a terra.
Con un campo magnetico le tracce della particelle cariche curvano nel
rivelatore: dalla misura della curvatura della traccia si determina l'impulso e
dalla direzione di curvatura si determina la carica.
BaBar utilizza un solenoide superconduttore, localizzato tra l'EMC e l'IFR.
L'intensità del campo magnetico, fissata a 1.5T, è stata scelta in modo da
assicurare buone risoluzioni in impulso, senza aumentare il volume dei
rivelatori di tracciamento.
Il trigger è formato da due livelli:
un livello hardware (livello 1) e un livello software (livello 3).
Il livello 1 è format da 4 sotto sistemi:
•il trigger delle particelle cariche (il trigger della camera a deriva DCT),
•delle particelle neutre (del calorimetro em EMT)
•illivello
trigger3dei
raggi cosmici
( dell’IFRdalla
IFT)camera a deriva e dal
Il
analizza
i dati provenienti
•calorimetro
il trigger globale(GLT).
insieme alle informazioni del livello 1 per ridurre
ulteriormente gli eventi di background.
I DCT
e EMT processano
che
e le
inviano
Le
informazioni
del livellole1informazioni
sono ridotte di
unricevono
fattore 10
prima
di al Global
Trigger
essere scritte in un data storage.
Il GLT interseca la posizione angolare delle tracce del calorimetro con le tracce
della camera a deriva e li manda al Fast Control e Timing system. Utilizza anche le
informazioni dell’IFT per il trigger indipendente dei raggi cosmici e delle coppie di
muoni.
Il rate del livello 1 è circa 2.5kHz a una luminosità L=8x1033cm-2s-1.