Диссертация (1145387), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Слева показаны для справки расчеты в NNLO (O(αS2 )), выполненные с помощью программы DYNNLO. Справа показана разница между расчетами, выполненными в NNLOприближении, и расчетами, выполненными с помощью разных Монте-Карло генераторов событий. Заштрихованная область соответствует полной ошибке, которая включаетсистематическую и статистическую ошибки. Линиями показаны полные ошибки длярасчетов, выполненных с помощью программы DYNNLO, и статистические ошибкидля всех других расчетов.38-DY_NNLO-Z → l+ l (CS frame)0.08DY_NNLOPowheg+MiNLODY_NLO0.0650.020.1A5(Theory) - A (DY_NNLO)A5Z → l+ l (CS frame)0.040−0.02Powheg+Pythia8 (ATLAS)Sherpa (ATLAS)0.040.020−0.02−0.04−0.04110210110210pZT [GeV]DY_NNLO-Z → l+ l (CS frame)0.08DY_NNLOPowheg+MiNLODY_NLO0.0660.020.1A6(Theory) - A (DY_NNLO)A6Z → l l (CS frame)+ -0.04pZT [GeV]0−0.02Powheg+Pythia8 (ATLAS)Sherpa (ATLAS)0.040.020−0.02−0.04−0.04110102110210A7Z → l+ l (CS frame)-0.04DY_NNLO0.02pZT [GeV]A7(Theory) - A7(DY_NNLO)pZT [GeV]0−0.020.1-Z → l+ l (CS frame)0.08DY_NNLOPowheg+MiNLODY_NLO0.06Powheg+Pythia8 (ATLAS)Sherpa (ATLAS)0.040.020−0.02−0.04−0.041102101pZT[GeV]10102pZT [GeV]Рисунок 5 — Зависимость угловых коэффициентов A5 (вверху), A6 (в середине) и A7(внизу) от поперечного импульса Z-бозона для различных теоретических расчетов.
Слева показаны для справки расчеты в NNLO (O(αS2 )), выполненные с помощью программыDYNNLO. Справа показана разница между расчетами, выполненными в NNLO приближении, и расчетами, выполненными с помощью разных Монте-Карло генераторов событий. Заштрихованная область соответствует полной ошибке расчетов, которая включает систематическую и статистическую ошибки. Линиями показаны полные ошибки длярасчетов, выполненных с помощью программы DYNNLO, и статистические ошибки длявсех других расчетов39Глава 2 Эксперимент ATLAS2.1Детектор ATLASЭксперимент ATLAS (A Thoroidal LHC ApparatuS) [4] – один из четырех экспериментов, работающих на Большом адронном коллайдере (LHC). Детектор экспериментаATLAS представляет собой многоцелевой детектор с симметричной вперед-назад цилиндрической геометрией, почти перекрывающий весь телесный угол 4π.
Детектор состоитиз внутреннего детектора (ВД), электромагнитных (ЭМ) и адронных калориметров имюонного спектрометра (МС).Внутренний детектор обеспечивает высокоточное восстановление траекторий заряженных частиц в диапазоне псевдобыстрот |η| < 2, 5. Внутренний детектор состоитиз трех слоев пиксельных кремниевых детекторов (англ., Pixel), расположенных ближевсего к протонному пучку, четырех слоев кремниевых микростриповых детекторов (англ., Semi-Conductor Tracker — SCT), обеспечивающих измерение до восьми прецизионных координат на треке, и детектора переходного излучения (англ., Transition RadiationTracker — TRT), расположенного на внешних радиусах, который обеспечивает в среднем35 менее точных измерений координат на треке в диапазоне псевдобыстрот |η| < 2, 0.Ключевая особенность детектора переходного излучения состоит в том, что, используяпереходное излучение, детектор обеспечивает идентификацию электронов с энергиямиот 0,5 до 100 ГэВ.
ВД окружен тонким сверхпроводящим соленоидом длиной 5,3 м идиаметром 2,5 м. Соленоид создает магнитное поле 2 Тл, которое отклоняет заряженныечастицы, позволяя тем самым, измеряя кривизну их траектории, определять их заряди импульс. Конструкция соленоида выполнена так, чтобы минимизировать количествоматериала перед входом в калориметер. Радиационная длина соленоида равна 0,66λ.Область псевдобыстрот |η| < 2, 5 за внутренним детектором перекрывается ЭМкалориметром высокой гранулярности, который перекрывает область псевдобыстротвплоть до |η| < 3, 2, и передним ЭМ калориметром с более грубой гранулярностьюдо |η ∼ 4, 9. Система адронных калориметров, расположенных за ЭМ калориметром,охватывает диапазон псевдобыстрот 3, 2 < |η| < 4, 9.За ЭМ и адронными калориметрами расположен мюонный спектрометр, обеспечивающий триггерирование и восстановление треков мюонов в диапазоне псевдобыстрот |η| < 2, 4 и |η| < 2, 7 соответственно.
Для минимизации эффектов многократногорассеяния мюонный спектрометр использует в качестве магнитной системы воздушныйсверхпроводящий тороид. Конфигурация магнита обеспечивает магнитное поле, которое в основном ортогонально к траекториям мюонов. В большей части диапазона поη точное измерение координат мюонного трека обеспечивается дрейфовыми трубами40Рисунок 6 — Схематический вид центральной (слева) и торцевой (справа) частей внутреннего детектора.
На рисунке показаны чувствительные элементы кремниевых пиксельного и стрипового детекторов, а также расположение дрейфовых трубок детекторапереходного излучения. Красными линиями показаны треки с поперечным импульсомpT = 10 ГэВ и с псевдобыстротой η = 0, 3 в центральной части детектора и с η = 1, 4 иη = 2, 2 в торцевой части.(англ., Monitored Drift Tubes, MDT).
В области больших псевдобыстрот 2 < |η| < 2, 7,где наблюдается высокая скорость счета из-за плохих фоновых условий, измерения выполняются камерами с катодным съемом информации (англ., Cathode Strip Chambers,CSC), которые являются многопроволочными пропорциональными камерами с катодами, сегментированными в виде узких полос. Для выработки триггера в центральной части мюонного спектрометра используются плоско-резистивные камеры (англ., ResistivePlate Chambers, RPC), а в торцевых частях тонкозазорные камеры (англ., Thin GapChambers, TGC).Триггер первого уровня в эксперименте ATLAS реализован на аппаратных средствах. Два следующих уровня триггера реализованы с помощью специального программного обеспечения.
Вместе все уровни триггера уменьшают уровень загрузки регистрируемых событий в среднем до 400 Гц.2.2Детектор переходного излученияДетектор переходного излучения представляет собой часть внутреннего детектора. Ключевой особенностью детектора переходного излучения является возможностьидентификации электронов. На рисунке 6 показан схематический вид центральной (слева) и торцевой (справа) частей внутреннего детектора, на котором видна схема конструкции детектора переходного излучения.412.2.1Дрейфовые трубки детектора переходного излученияОсновными регистрирующими элементами детектора переходного излучения являются дрейфовые трубки диаметром 4 мм [80], сделанные из полиимидной пленки(каптон).
Дрейфовая трубка изготавливается путем намотки двух слоев полиимиднойпленки, специально разработанной для обеспечения хороших механических и электрических свойств трубки при минимальной толщине пленки 35 мкм. Исходным материалом,из которого изготавливается дрейфовая трубка, является пленка толщиной 25 мкм, покрытая с одной стороны слоем алюминия толщиной 0,2 мкм, который защищен слоемграфита толщиной 5–6 мкм. Обратная сторона пленки покрыта полиуретановым слоемтолщиной 5 мкм, который используется для склеивания двух слоев пленки путем еёнагрева во время изготовления дрейфовой трубки.
Для усиления механической жесткости дрейфовой трубки вдоль ее поверхности приклеиваются четыре углеродных нити.Электрическое сопротивление дрейфовой трубки < 300 Ом/м.В качестве анода используется вольфрамовая проволока толщиной 31 мкм покрытая золотом толщиной 0,5–0,7 мкм, которая фиксируется по центру дрейфовых трубокс помощью специальных концевиков. Сопротивление анода составляет приблизительно∼ 60 Ом/м. Емкость трубки меньше 10 пФ. Время распространения сигнала ∼ 4 нс/м.Длина ослабления сигнала составляет ∼ 4 м. Для работы дрейфовой трубки на её стенкиподается высокое напряжение отрицательной полярности -1530 В, которое обеспечиваеткоэффициент газового усиления ∼ 2, 5×104 для рабочей газовой смеси 70%Хе, 27%СО2 и3%О2 при избыточном давлении в трубке 5–10 мбар.
При нормальных условиях работымаксимальное время сбора электронов составляет ∼ 48 нс. Точность измерения координаты ∼ 130 мкм. Высокая эффективность регистрации дрейфовой трубкой фотоновпереходного излучения, средняя энергия которых составляет ∼ 6 кэВ, обеспечивается за счет использования газовой смеси, содержащей тяжелый газ ксенон. Амплитудасигналов, возникающих в дрейфовой трубке, при регистрации фотонов переходного излучения намного выше, чем амплитуда сигналов, возникающих при прохождении заряженных частиц, которые оставляют минимальную ионизацию.
Для разделения сигналовот заряженных частиц и фотонов переходного излучения используется электроника сдвумя порогами регистрации — высоким и низким.Чтобы гарантировать стабильную работу дрейфовой трубки, смещение аноднойпроволоки относительно её центра не должно превышать 300 мкм. Так как провисаниеанодной проволоки на длине ∼ 1 м не превышает ∼ 15 мкм, то это требование сводится к прямолинейности изготовления самой трубки. Номинальное натяжение аноднойпроволоки составляет 70 г.
В процессе изготовления детектора переходного излученияконтролировалось смещение анодной проволоки относительно центра дрейфовой трубкии натяжение анодной проволоки.42Вследствие большой плотности частиц, проходящих через детекторы на коллайдере LHC, ионизационный ток в газе дрейфовой трубки генерирует значительное количество тепла. Рассеиваемая мощность пропорциональна скорости счета дрейфовойтрубки и составляет от 10 до 20 мВт в зависимости от положения трубки в детекторе.Чтобы сохранить однородность газового коэффициента усиления, градиент температуры вдоль трубки не должен превышать 10o C.При достижении проектной светимости коллайдера LHC, скорость счета дрейфовых трубок будет достигать 20 МГц в наиболее критических областях детектора, аплотность тока ионизации достигнет 0,15 мкA/см.
Суммарный накопленный заряд после десяти лет эксплуатации детектора переходного излучения составит ∼ 10 Кл/см.Проведенные исследования, в том числе и прямые испытания дрейфовых трубок настарение, продемонстрировали их стабильную работу в течение всего срока эксплуатации детектора переходного излучения [81, 82, 83]. Возможность загрязнения дрейфовыхтрубок органическими примесями, содержащими кремний, которые вызывают эффектыстарения, и уровень относительной концентрации которых не должен превышать 10−11 ,не может быть полностью исключена.
По этой причине в газовой системе детектора переходного излучения используется разработанный специальный фильтр, который способен не только улавливать эти примеси, но и удалять озон, образующийся в газовойсмеси, содержащей кислород, под действием радиации. Для удаления возможного отложения органических примесей, содержащих кремний на анодных проволоках рабочий,газ в детекторе заменяется на Ar/CO2 /CF4 .
Под действием радиации, возникающей приработе коллайдера LHC, эти примеси удаляются с анодных проволок через несколькодней.2.2.2Модули детектора переходного излученияДетектор переходного излучения состоит из центральной части и двух торцевыхчастей. Центральная часть детектора содержит 73 слоя дрейфовых трубок. Каждаяторцевая часть содержит 160 слоев трубок. Детектор переходного излучения сконструирован так, чтобы любой трек с поперечным импульсом pT > 0, 5 ГэВ и |η| < 2, 0 пересекал по крайней мере 36 дрейфовых трубок, за исключением переходной области междуторцевыми частями и центральной частью детектора (0, 8 < |η| < 1, 0), где это числоуменьшается до 22 трубок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
