Трековый детектор заряженных частиц с использованием переходного излучения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

РГ6 ОД " 3 ш 2030

■ ; На правах рукоп Фурлетов Сергей Викторович

ТРЕКОВЫЙ ДЕТЕКТОР ЗАРЯЖЕЬ Н& К. ЧАСТИЦ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕРЕХОДНОГО «¿¿^УЧЕНИЯ.

01.04.23 - физика высоких эно|.

Автореферат дисссрашш на соискание учений степени кандидата физико-математических наук

Автор:

Москва. 2000

Работа выполнена в Московском государственном инженерно-физическом институте (техническом университете).

Научный руководитель: доктор физи-ко-математических

наук, профессор Долгошеин Б.А.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических

наук, Кирюшин Ю.Т.

кандидат физико-математических наук, Тихомиров В.О.

Ведущая организация Институт экспериментальной

и теретичоской физики, г.Москва.

Защита состоится С % 2000г. в час- ^мип; на

заседании диссертационного совета KQ53.03.05 в Московском государственном инженерно-физическом институте (техническом университете) по адресу: 115409, Москва, Каширское шоссе, дом 31, телефон 324-84-98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ.,

Автореферат разослан "1_2000г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Ученый секретарь диссертационного совета Гудков А.Н. •

Подписано в печать 21.01.2000. Заказ Тираж 100 экз. Типография МИФИ 115409. Москва. Каширское шоссе, 31

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Увеличение, энергии ускорителей за последние 10-15 лет позволило изучать процессы, где с конечном состоянии образуется очень 'большое количестпо частиц (кварковые. глю-онные струн, каскадные распады частиц, содержащих тяжелые кварки и др.)- Необходимость детального изучения этих явлений и, п особенности, поиск редких процессов, идущих с малыми 'сечениями, требуют развития новой экспериментальной техники в области энергий вторичных частиц ~ 100 ГэВ. Здесь, наряду с проблемами измерения пространственных характеристик частиц (координаты, углы и др.) и измерения энергии частиц, необходимо совершенствование методов идентификации частиц в новой области энергий.

Настоящая диссертация, посвящена изучению возможности идентификации и измерения пространственных координат частиц на основе детектора переходного излучения, экспериментальной проверке и-использованию в экспериментах физики высоких энергий.

Работа проводилась применительно к эксперименту ATLAS в.Европейском Центре Ядерных Исследований (CERN). В этом эксперименте для идентификации электронов сопмест- . но с электромагнитным калориметром будет использоваться детектор переходного излучения, в котором для регистрации квантов переходного излучения используются цилиндрические пропорциональные камеры. Экспериментальный материал получен на прототипе детектора, установленном на пучке ускорителя SPS (CERN) для исследования его свойств по идентификации электронов, восстановлению пространственных координат и импульсов заряженных частиц, а также различных'способов юстировки-.''

Актуальность темы диссертации

С настоящее время и Европейском Центре Ядерных Исследований с участием физиков многих стран мира ведется подготовка экспериментов для ускорителя нового'поколения LH С (Large HacJvon Collider большой адронный коллай-дер) с расчетной светимостью 10:Исм~2с-1'.

Наиболее широко изпестны два кругл задам физических исследований, предложенных для LHC : проверка Стандартной Модели и поиск "попой"" физики. Большая светимость является фактором необходимым для решения обеих задач.

Обнаружение Хиггс-бозона стоит на первом месте в списке задач экспериментов по проверке Стандартной модели. Для получения определенного результата исследуемый диапазон масс должен достигать 1 ТзВ. Сечение образования Хиггс-бозона с массой 500 ГэВ составляет 10~:,':см'"./

Наиболее выгодным для наблюдения Хиггс-бозона с точки зрения фоновых условий являются характерные распады Н° ->Z0Z° l+l-l+Г. Н° /+/->/;. Ис 77.

Таким образом, чрезвычайно важным представляется разработка детектора, способного с высокой эффективностью выделять лептопы на фоне большого количества адронов, находить их траектории и восстанавливать импульс.

Цель диссертационной работы состояла в детальном изучении возможности использования идентификатора электронов на основе Детектора Переходного Излучения для восстановления треков частиц. Проводилось моделирование параметров методом Монте Карло, а также экспериментальная проверка работы детектора. При создании детектора актуальными представляются следующие вопросы :

- точность восстановления трека.

- импульсное разрешение.

- калибровка и юстировка детектора с большим числом ка-

налов.

- эффективность регистрации электронов и подавление адрон-

ного фона.

Научная новизна и значимость работы

- Разработаны методы Монте Карло моделирования коорди-

натных измерений с использованием информации о времени дрейфа электронов ионизации.

- Разработаны методы калибровки и юстировки детектора:

содержащего большое количество каналов, в магнитном - поле и без него.

Построен прототип детектора, объединяющий п себе функции идентификации электронов на оснопе детектирования переходного излучения и измерения пространственных координат частиц (TR.T), который Пыл испытан на

ускорителе SPS (CERN). .

Получены-'экспериментальные данные по нахождению трека и восстановлению импульса частиц, которые согласуются с расчетами методом Монте Карло. .

Автор защищает:

1. Экспериментальные данные по точности восстановления координат и импульса частицы, полученные с помощью прототипа TRX. .

. о

. Экспериментальные данные по калибровке и юстировке TRT.

3. Монте Карло методы тестирования алгоритмов калибровки и юстировки детектора с большим числом каналов.

4. Монте Карло методы 'моделирования, сигнала с цилиндрических пропорциональных камор и отклика электроники. для координатных измерений с использованием времени дрейфу 'электронов ионизации.

Практическая полезность - •

- - ; ч Результаты исследования использованы при проектировании

полномасштабных детекторов для эксперимента ATLAS на ускорителе LHC в CERN и зкглеримента IIERA-B на ускорителе IIERA в DESY. '

Предложена методика компьютерного моделирования измерения координат с использованием времени дрейфа электронов ионизации и цилиндрических пропорциональных камерах.

Разработано прог рамное "обеспечение для восстановления трека с использованием информации о времени дрейфа электронов и энергетическом выделении в пропорциональной камер«!.

Разработан алгоритм для юстировки детектора с большим числом каналов на одиночных или изолированных частицах в магнитном поле и без него. *

•Апробация и публикации

Материалы, изложенные в диссертационной работе, до-кладывалисыш конференции по трековым детекторам, в Вене в 1995 году, опубликованы в журнале r: Nuclear Instrument and Methods", а также в виде препринтов CERN, "ATLAS Letter, of Intent" и "ATLAS proposal". Список работ приведен в конце реферата.

Структура и объем диссертации

Si . ' . • .

Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и приложения. Содержит 77 рисунков, 4 "таблицы и библиографию, включающую 103 наименования. Полный объем -116 страниц.

Краткое содержание диссертации:

В начале работы приводится обзор по трековым детекторам и идентификаторам, используемым в физическом эксперименте.

В современных экспериментах возникает необходимость разработки методов идентификации частиц в новой области энергий (до сотен ГэВ) и на малых длинах. Кройе того, следующее поколение экспериментов требует качественно нового уровня работы трековых детекторов частиц в целом' ряде аспектов : способность работать с большим количеством частиц, большой срок работы в интенсивных пучках частиц, большое число детекторов, размещенных в заданном объеме пространства.

В качестве примера рассмотрим эксперимент ATLAS в CERN на ускорителе LHC. Это рр ускоритель коллайдерного типа с энергией в системе центра масс 14 ТэВ, светимостью ~ 1034см~2с_1 и временем между столкновениями 25 не.

'В экспериментах на коллайдерах обычно йспольэуется 47т-геометрия, т.е. детекторы должны перекрывать весь телесный угол вокруг точки взаимодействия пучков, рис. 1. Вслед-

uocmv детектора, т.к. площадь, которую необходимо перекрыть детекторами, растет квадратично с расстоянием от точки взаимодействия. Характерный масштаб детектора ATLAS около 30. м. При этом база для измерения отклонения наряженных частиц в магнитном поле достаточно мала. Учитывая, что следствием более высокой энергии столкновения являются большие множественности вторичных частиц, становится ясно, что для надежной регистрации и измерения сложных событий в компактной установке необходимы высокоточные трековые детекторы, способные эффективно разделять близкие частицы и измерять их импульсы..

Детектор ATLAS состоит из следующих основных частей:

• внутреннего дапсктора, который находится внутри сверхпроводящего магнита с полем 2 Т. В его задачу входит поиск треков, измерение импульсов частиц, определение точки взаимодействия, а также идентификация электронов. Он занимает объем цилиндра длиной 6.35 м и радиусом 1.15 м и состоит из детекторов различных типов.

• калориметра, который расположен вокруг внутреннего детектора и состоит из 2-х частей: жндко-аргонового электромагнитного калориметра (внешний радиус 2.25 м) и адронного калориметра с внешним радиусом 4.25 м.

• мюоиного спектрометра, который окружает калориметр -и имеет внешний радиус около 11 м.

Одной из наиболее; сложных задач для будущих экспериментов на ускорителе LI1C в CER.N. является реконструкция Треков и идентификация частиц, до того как большинство из них будет поглощено в калориметре. Эту задачу Необходимо решать- п условиях высокой плотности частиц в детекторе, высокой частоте столкновений и больших доз радиации, накапливаемых детектором.

Поскольку одним из наиболее переспективпых способов фиксации распадов новых тяжелых частиц является, поиск их лептоипых распадов, то идентификация лептоноп становится особенно важной задачей. В отличие от существующих адронных коллайдеров, где отношение изолированных электронов к струям около Ю-3, в случае LHC это соотношение намного меньше - порядка 10-5. Пред полагаемое подавление адронных струй с помощью калориметра, npif условии высокой эффективности регистрации электронов, составляет около Ю3. Следовательно, внутренний детектор должен обеспечить дополнительное подавление порядка 103. снижая тем самым фон от струй до 10% от сигнала изолированных электронов. При этом он должен стабильно и долго работать в условиях высокой светимости ускорителя. . .

^Учитывая вышеизложенное, а также ограниченность пространства для размещения детекторов (необходимо эффективно идентифицировать электроны на ограниченной длине. ~ 0.5 м), было предложено во внутреннем детекторе использовать детектор рентгеновского переходного излучения (РПИ)

для идентификации электронов. Детектор переходного излучения (ДПИ или TRD) позволяет получить дополнительное подавление адронов порядка И)3.

Поскольку пространство внутреннего детектора ограничено, необходимо использорать прибор, объединяющий в себе функции идентификатора частиц и трекового детектора.

Для детектирования квантов РПИ в эксперименте ATLAS 'используются'-цилиндрические пропорциональные камеры -дрейфовые трубки. Это, в принципе, дает возможность совместить трековый детектор' и идентификатор электронов, но при этом необходимо учитывать, что идентификатор и трековый детектор в.данном случае выдвигают противоречивые требования. . -

Типичный трековый детектор на основе дрейфовых трубок работает на аргоновой смеси при больших коэффициентах газового усиления (КГУ порядка 10' — 108), что позволяет зарегистрировать время прихода первого электрона с трека частицы и получить пространственное разрешение порядка 50 - КЮ//М. •

В случае детектора ATLAS отличие состоит в том, что дрейфовые трубки продуваются ксеноновой смесью для эффективной регистрации РПИ. Кроме того, для получения необходимой режекции важным параметрам является энергетическое разрешение камеры при детектировании РПИ - порядка 30% при регистрации гамма квантов с энергией б кэВ. Для получения такого разрешения на ксеноновой смеси дрейфовые трубки должны работать при газовом усилении 2.5 х 104.

Такой относительно-низкий КГУ не позволяет регистрировать приход первого электрона с трека, и для регистрации сигнала необходимо собрать порядка 10-ти электронов. Это обстоятельство требует анализа возможности получения необходимого пространственного разрешения трекового детектора на основе ксеноновой смеси. Кроме того, необходима разработка новых методов обработки информации о времени дрейфа для высокоточных измерений координат частиц. .

Далее приведено подробное моделирование методом Монте Карло всех аспектов работы детектора переходного излучения в режиме измерения координат, а так же моделирование работы электроники и требования к ней.

Рис. 2: Распределение. времени срабатывания дискриминатора при фиксированном расстоянии трека от анола

Рнс. 3: Распределение событий по расстоянию трека от анода при фиксированном времени срабатывании дискриминатора.

Приведены результаты моделирования работы дрейфовой трубки при прохождении через нее заряженных частиц.

Для изучения влияния различных факторов на измерение времени дрейфа Частица пропускалась на фиксированных расстояниях от анода и полученное время срабатывания дискриминатора заносилось в гистограмму. На рис.2 показаны распределения времени срабатывания дискриминатора при фиксированном расстоянии трека от анода (для 3-х положений трека). Из рисунка видно, что наибольшая дисперсия получается в случае, когда трек проходит вблизи анода, т.к. в этом случае.вклад пуассоновского распределения кластеров на треке в ширину максимален.

Для решения обратной задачи восстановления координаты трека из полученного 'времени срабатывания дискриминатора - необходимо знать функцию r(ij,icr). Использовать функцию обратную к /¿Г(г), которая использовалась для вычисления времени дрейфа одиночного кластера до анода, в нашем случае .некорректно: .поскольку время срабатывания, дискриминатора зависит от распределения кластеров на треке и параметров электроники.

Для получения функции r(t) методом Монте Карло строилась гистограмма распределения расстояний трека от анода при времени срабатывания дискриминатора от до +At. На рис.З приведены примеры таких гистограмм для 3-х времен.

Зависимость расстояния от времени срабатывания дискриминатора показанная на рис. 4. получалась как среднее значение этих гистограмм и в дальнейшем использовалась при обработке экспериментальных данных.

Далее рассматривается методика эксперимента. Приводится описание прототипа TRT (детектор переходного излучения ■+■ трековый детектор), а также других приборов, используемых в тесте.

Исходя из того, что компактность является важным показателем детектора. была разработана концепция комплектного детектора, совмещающего функции идентификатора и трекового детектора.. . '' ... './ . . ■ •

Основой детектора являются цилиндрические пропорциональные камеры, которые используются как для нахождения трека частицы, так и для регистрации переходного излуче-

• Drift Time, os " -

Рис. 4: Зависимость координаты трека от времени срабатыиалия дискриминатора. Монте Карло

иия. Камеры были сделаны в виде трубок длиной 40 см и диаметром 4 мм, которые в дальнейшем будут так же называться-"дрейфовые трубки".

Для изготовления трубок использовалась каптоиовая пленка шириной 4-8 мм, которая с одной стороны была покрыта : проводящими слоями из алюминия толщиной 1000 — МО О А и углеродосодержашего каптона, а с другой стохюны - термопластичным полиуретаном толщинох! ~ 3/ш. Трубки изготавливались методом навивки каптоиовой пленки шириной 4-8 мм на металлический стержень, нагретый до ~ 2(К)°С\ как показано на рис.5. Таким способом можно изготавливать трубки длиной до 5 метров. На рис.С показан разрез стенки трубки, полная толщина которой составляла 50 /т. Анодом служила вольфрамовая проволочка диаметром 50 /ш. проходящая в центре трубки. ? V, \

. В детекторе использовался нерегулярный радиатор переходного излучения .г Вспененный полиэтилен. Полиэтилен имел плотность 59 кг/м3 с диаметром пор 200 ± 70//м и толщиной стенок между порами 15 ±5¡ш.

TRT прототип состоял из 4 блоков в'спененного полиэти-

лена, внутри которого находились трубки. Полиэтилен использовался не только как радиатор переходного излучения, но и как механическая поддержка для трубок. Каждый блок Содержал 24 ряда трубок с равным интервалом 8 мм как между рядами, так и между отдельными трубками в ряду (рис. 7). Для достижения одинаковой чувствительности детектора независимо от места прохождения трека ряды трубок были сдвинуты друг относительно друга. Число трубок возрастает от 5 в первом ряду до 13 в последнем. Общее количество трубок составило 864.

Пропорциональные камеры продувались газовой смесью, состоящей из 70%Xe-+20%CF., + lü%CO:./. Эта смесь обесценивал«» хорошее поглощение фотонов переходного излучения, малое время собирания заряда и стабильность относительно электрического пробоя. время собирания электронов

составляло 33 не. Коэффициент газового усиления, используемый в измерениях, составлял "2.5 х 1U1.

TRT прототип облучался электронами и пионами с энергиями от 5 до 150 ГэВ на пучке HG ускорителя SPS (Super Proton "Synchrotron.) в CERN. Общая схема установки приведена на рис. 8.

■ Исследуемый прототип был помещен внутрь соленоидаль-ного магнита ALEPH ТРС90 с напряженностью магнитного

Рис. 7: Расположение блоком ТЙТ.

поля 0.78 'Г. Это позволило исследовать влияние магнитного поля как на режекционные способности Т11Т. так и на трековые характеристики с измерением времени дрейфа. Для изучения импульсного разрешения необходимо иметь перпендикулярную сотавляющую магнитного поля к треку частицы. Для этого ось магнита была повернута на 19.21° относительно осп пучка. При этом перпендикулярная составляющая пучку достигала 0.257 Т на длине порядка 2-х метров. Установка также содержала сцннтилляционныс счетчики для триггера перед магнитом и три пучковые камеры ( ВС1 и ВС2 перед магнитом. ВСЗ после магнита ) для восстановления трека частицы. Кроме ТГ1Т внутри магнита находился кремниевый полупроводниковый детектор, используемый для нахождения трека частицы совместно с пучковыми камерами. Для разделения электронов и адронов использовались жидко-аргоновый электромагнитный (1>Аг) и адронный калориметр.

Далее на основе полученных экспериментальных данных анализируются возможности детектора по нахождению пространственных координат частиц. Рассматриваются алгоритмы фнтпрования трека с. использованием'информации о времени дрейфа электронов в цилиндрических пропорциональных камерах.

ВС!

Ьвагп I

""Г

• 7700 тш

Рнс. 8: Схема экспериментальной установки

Для примера, на рис. О а) показаны трубки, энергия в которых превышает 0.2 хэВ, и которые использовались для нахождения трека. На рис. 9 6) приведен тот же трек, что и на рисунке 9 а) - масштаб по оси У увеличен в 25 раз, а по оси 7; оставлен без изменения, поэтому трубки условно обозначены отрезками. На каждую трубку нарисованы 2 координаты "хита" восстановленного из тзремсни дрейфа - одна из них истинная, а другая "зеркальная*. Линией показан трек полученный в результате фитирования.

После нахождения трека, величины отклонения используемых координат от найденного трека заносятся в гистограмму (рис.10). Ширина этого распределения говорит о пространственной точности восстановления координат по времени дрейфа.

Без дополнительной юстировки мы получаем точность а — 245/т. Эта величина значительно больше пространственного разрешения одной трубки, расчитанной методом Монте Карло (~ ]65//м). Это объясняется тем. что в ширину этого распределения вносит вклад разброс в положении анодов внутри трубок, поэтому для использования времени дрейфа необходимо проводить дополнительную юстировку.

Алгоритм юстировки предполагает, что форма 11-Т зависимости не меняется, а смещается как целое по.оси пространства (далее - ось 1) - из-за смешения анода от центра трубки,

ТРТ-ёуег^ сЯзр1ау .7Т~(го^уд)+ 0-0^571

Л'Шои! сп« Ите

О

жЧь-йп« «¡те • - 2а - 340 /х

! с)

И ! I !

г?

ШМ

I Ь),

Рис. 9: Пример восстановления трека.

или по оси времени - из-за разбалансировки время-дрсп'фовых каналов (рис. 12).

Потому юстировка' 'с математической точки зрения за-. ключалась в том. чтобы .'найти положение.В.-Т функции на плоскости У-Т (координата-время) п рабочей системе координат, которая связана с пучковыми камерами по оси У и с моментом прохождения частицы через сцинтилляционый счетчик по оси времени. Для нахождения У с и 1 с. использовалась специальная иттератшшая процедура, которая послсдо-(ипжльно находила и корректировала смещения после каждой иттерации. .'

После 6-7 итераций получались стабильные значения У'- и 1,;.' Распределения }'с и <о для всех трубок показаны на рис,.13 и рис. 14.

Для получения точности юстировки на N событиях детектор юстировался несколько раз, каждый раз на независимых событиях. Результаты показаны на рис. 15. Видно, что даже

"ft

\

i \

.Lift*

/

У

г о. i cv с OÍ i is ?

C'i4t"j»»;t h'ts from Vo.l. mm

Oy (».ил ''к». *

Рис. Hi: l'íuiipejitMciiiic отклонений' от i река иосс пиювлеи-мых н ipyúKr координат до юстпрчпк II

Рис. 11: Распределение отклонений от трека поестаноплен-ных н '!])>'oía: координат поело

ЮСТИ|)01'КН

U У'о +2 Y.min

Рис. V¿: OiBiir и простраистне il во прелкнп H-Г зависимости

и«оп

118 -о *сю

С.Г575

-2 -Т.5 -0.5 0 О.* I 1-5 2 • ит

■4 20 {

3)7 А (

"I

12.5

......

¡Г'""

2 11 в

оггз»

; '.90

Я

10 15 20 ТОС . л»

Рис. 13: Распределение найденных смешений У'о в ТГГГ

Рис. 14.: Распределение сдвигов

(0 в таг.

£ 8=0.1>51<1ч 1госЬ <гат Й^-уп.СКоп^ь«'^

51=8 Г О . '

I Л М-»л(?С'>г<с>.$|')та6С*330|1т

£ О ВС • .V) «т

«С ъ*

.0

.л*-

,.:.....

3.1 3« 09.86 С7 с< 31 • »

6»0 ?ет ц»1по <г<к1 Нот Вмт СЛвтЬег*

' Д Чл^ч ВС »"*?0 мт ,

О М^^Свг'о.^згу-ЬС«« М «л

. V .

С» 53 6« ".5 С« 0> 01 01 1

• ' ^Лол'^гвси)

19 * " ^гесь*р<г«»а»

Рис. 15: В=0 Т Рис. 1(5: В=0.78_Т '

Точность юстировки анодных'проволочек как функция \ j\fN. где N -число частиц, ирпользуемых для юстировки, в магнитном поле и без

него. '

; и

12

0 -15 -10

при использовании пучковых камер с низким пространственным разрешением (330 /ш), точность юстировки достигает 50 /(м при N=200 треках, т.е: почти в'4 раза лучше, чем при юстировке без Использования времени дрейфа. Моделирование методом Монте Карло хорошо согласуется с этими дан-ными(рис. 15). Проведенное моделирование показало также, что если использовать для трекннга камеры с пространственным разрешением 30 /ш, то юстировка с точностью 50 /ш достигается уже на 50 частицах. 'На рис. 11 показана гистограмма отклонений координат в каждой трубке от найденного трека, из которой видно, что после юстировки ширина этого распределения стала равной а — 170 //м вместо а — '245 //м (рис. 10), что хорошо совпадает с пространственным разрс-. шением. полученным из расчетов на данном пороге срабатывание дискриминатора.

Далее проводилась оценка импульсного разрешения про. тотипа. Для аппроксимации трека в магнитном поле использовалась функция (1).

. . = + (1)

' Трек фитйровался методом наименьших квадратов. Параметры Уо и Ц оставлялись свободными, фиксировался как точка начала магнитного поля, а угол входа частицы в магнитное поле Лс измерялся камерами ВС1-ВС2, которые размешались вне магнитного поля. Для фита использовалось о среднем 40 точек на трек. Полная длина трека в магнитном поле составляла 1.3 м, из которых последние 800 мм находились в ТКТ. Для оценки импульсного разрешения использовался пионный пучок с импульсом 20, 30 и 90 ГэВ/с и электронный п^чок с; импульсом 20 и 90 ГэВ/с. Поперечное магнитное поле составляло Вт = 0.257 ТеяЫ. Восстановленный 'трек пиона с импульсом р=20 ГэВ/с показан на рис. 9 Ъ.

На рис. 17 и рис. 18 приведены распределения восстановленного импульса (кривизны трека) для пионов и электронов с импульсом 90 ГэВ/с. В случае электронов (рис. 18) в распределении виден "хвост", который появляется из-за"тормозного излучения в веществе перед ТИТ.

Импульсное разрешение ¿ьр/р в зависимости от импульса

€ 1» [• «д

4 « ? С ? * 6

Рис. 17: Посстанои.'кчшла кривизна трока иконок 90 ГчН.

Рис, 18: Посстановленая кривизна 1 рока электронов '.Я) Г >В.

показан«) на рис. 19 совместно с результатами моделирования методом Мойте Карло. При .малых импульсах (< 30 ГэВ) импульсное разрешение ограничено в пашем случае многократным рассеянием в материале детекторов 30% для пионов 20 ГэВ). Кроме того, дополнительная ошибка при восстановлении импульса возникает из-за относительно"плохого углового разрешения пучковых камер (около 0.12 шга<1).

Импульсное разрешение ТП.Т протипа для энергий свыше 30 ГэВ можно описать следующей формулой :

гт,//.<2.8х.ИГ3 х ¡1

.где р в ГэВ/с.

В последней главе, на основе экспериментальных данных проверяются способности комбинированного детектора - трековый Л пнктор + пО* ннтфпкшпор *- по идентификации электронов и рожекшш адронов.

Адроиная режекпия вычислялась метолом счета кластеров переходного излучения на треке частицы. В данном случае кластером считалось энерговыделение в трубке выше установленного порога (И >./Г(ь,). И счет кластеров сводился к подсчету числа трубок с энерговыделением Е > ¡'.¡Нг- При

0 3 0.25 02 0.15 0.1 0.05 0

Ф

%

' ! ' ' ' ' 1 ' ' ' г I ' | м ^ 1 ' ' 1 ! ' ' ' ^ I 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Р. С-еУ

Рис. И): Импульсное разрешение ТИТ как функция импульса частицы.

таком способе существуют просчеты, когда в одной трубке поглощается более одного кластера. Вероятность поглощения в трубке более одного кластера переходного излучения -10-15%. На рис. 20 показаны распределения по числу кластеров на треке, т.е. по числу трубок с энергией выше порога £гЛг == 5.5 кэВ (далее Ате()., для пионов и электронов. Число кластеров соответствует распределению пуассона со средним значением 3.47 для пионов и 13.42 для электронов. Для разделения пионов и электронов выбирался порог по числу кластеров на трекЬ. Пороговое число кластеров (N'1<г) на треке выбиралось как комромисс между эффективностью регистрации электронов и необходимой режекциеи адроиов. Например, если выбрать пороговое число кластеров соответствующее сохранению 90% электронов (тогда события с количеством кластеров меньше этого порога считались адронами). то пионы иммитируют электроны с вероятностью 0.379? ±0.0СсЛ. т.е. фактор режекции составляет ~ 300.

Сформулируем основные результаты работы, изложенные выше.

П рю!/'? fi** 3 «17

f \ '

1! \

20 JO *C ■ V> fcO

Рис. '20: Число кластеров снышс 5.5 кзВ для -¿лектронон .'50 ГэВ н для шюнои "20 ГэВ

• Свойства ТПТ как идентификатора частиц и трекового детектора были изучены в магнитном и без магнитного поля. ' . ' :

• Трек частицы можно восстанавливать по большому Ю) числу точек без измерения времени дрейфа с пространственным разрешением ~ ПОО/ш для каждой точки. Это позволяет восстанавливать трок' с пространственной точностью180/ш в середине детектора и угловым разрешением ~ 0.'15 mrad.

• С помощью измерения времени .дрейфа" трок частицы восстанавливается также по большому (— ■!()) числу точек с отклонением от восстановленного трека <т = I70//M для каждой точки. Это позволяет восстанавливать трек в целом с пространственной точностью ~ 10/*м и угловым разрешением ~ Ü. 175 miad.

• Большое количество трубок' детектора может юстиро-

ваться с использованием троков частиц без магнитного поля, а также в магнитном поле, если известен импульс частицы. 'Точность "юстировки — 50/<м достигается при использовании 20(1[ троков пересекающих трубку.

• Прототип TRT обеспечивает импульсное разрешение

orl¡> < 2.8 X 1()-'J ж р

(р и ГэВ/r) при поперечном магнитном поле Bt — 0.2-57 Tes-la и 40 точках на треке.

• Для электронной эффективности 90% и в среднем 40 пересеченных трубках на длине прототипа TRT 80 см рсжскиия пионов с энергией 20 ГэВ составляет фактор

300 без магнитного поля и фактор ~ 10Ü в магнитном поле IJ = 0.78 Tesla.

• Разработаны .Моите Карло методы моделирования сигнала с'дрейфовьГх трубок и отклика электроники для координатных измерений с использованием информации о времени дрейфа электронов ионизации. Написано программное обеспечение для моделирования работы детектора. Совпадение экспериментальных данных с Мойте Карло моделированием подтверждает достоверность результатов.

• Изучение TUT прототипа явилось основанием для принятия TR.T как основного трекового детектора эксперимента ATLAS (CERN).

Опубликованные работы по теме диссертации:

1. T.Akesson,...S.Furletov et al.,. ATLAS Letter of Intent,

CERN/LHCC 92-4

2. T.Akessoib...S.Furletov et al.. Proposal for an integrated high-

rate transition radiation detector and tracking chamber for the LUC.

CERN/DRDC/90-38.(1990).

3. V.Coniinishau,...S.Furletov ot a).. Integrated Transition Ra-

diation and Tracking detector for the LHC, RDG/Status Report,

CERN/DRDC/91-17 (1991).

4. V.Coniinishau....S.FurIetov et al.. Integrated Transition Ra-

diation and Tracking detector for the LHC. RDG/Status • - Report,

CERN/DRDC/93-4G (1993). .

5. T.Akesson....S.Furletov et al., Study of straw proportional

tubes for a transition radiation detector/tracker at LHC, , CERN-PPE/94-224, 1994, NIM, A3G1 (1995), p.440-456.

G. T.Akesson....S.Fnrletov et al., Particle identification performance of a straw transition radiation tracker prototype, NIM, A372. (199G), p.70-84.

Введение

1 Обзор.

1.1 Идентификация частиц в современных экспериментах

1.2 Идентификаторы на основе детектирования рентгеновского переходного излучения (РПИ).

1.3 Трековые детекторы на основе проволочных камер.

2 Разработка комбинированного детектора для идентификации электронов и восртанфрдония треков частиц

2.1 Основные мотивы созДйМт^^рмбиниро'ванного детектора

2.2 Моделирование координатных измерений с использованием времени дрейфа.

3 Описание экспериментальной установки для тестирования прототипа детектора на ускорителе

3.1 ТШЭ/Т прототип.

3.2 Другие детекторы.

3.3 Система сбора данных ТШЭ/Т.

3.4 Мониторирование и калибровка Т1Ш/Т прототипа

3.5 Отбор событий

4 Проверка работы детектора как трекера

4.1 Общая юстировка установки

4.2 Реконструкция трека.

4.2.1 Восстановление трека по сработавшим трубкам

4.2.2 Восстановление треков с использованием информации о времени дрейфа

4.2.3 Юстировка анодных проволочек и каналов измерения времени дрейфа.

4.2.4 Восстановление трека в магнитном поле.

5 Проверка работы детектора как идентификатора частиц

5.1 Идентификация электронов и режекция адронов.

5.2 Режекция пионов в магнитном поле.

5.3 ТШЗ/Т в условиях большой множественности.

5.4 Режекция пионов с использованием двух порогов.

Увеличение энергии ускорителей за последние 10-15 лет позволило изучать процессы, где в конечном состоянии образуется очень большое количество частиц (кварковые, глюонные струи, каскадные распады частиц, содержащих тяжелые кварки и др.). Необходимость детального изучения этих явлений и в особенности поиск редких процессов, идущих с малыми сечениями, требуют развития новой экспериментальной техники в области энергий вторичных частиц ~ 100 ГэВ. Здесь наряду с проблемами измерения пространственных характеристик частииц (координаты, углы и др.) и измерения энергии частиц необходимо совершенствование методов идентификации частиц в новой области энергий.

Существующие методы идентификации ( измерение времени пролета, черенковские счетчики, логарифмический рост ионизационных потерь) трудно или даже невозможно применять в области лоренц-факторов частиц 103 - 105.

Настоящая диссертация посвящена изучению возможности применения идентификатора электронов на основе детектора переходного излучения для измерения пространственных координат частиц, экспериментальной проверке и внедрению в эксперимент.

Работа проводилась применительно к эксперименту ATLAS на ускорителе LHC. В этом эксперименте для идентификации электронов совместно с электромагнитным калориметром будет использоваться детектор переходного излучения, в котором для регистрации квантов переходного излучения используются цилиндрические пропорциональные камеры, заполненные газовой смесью на основе ксенона.

Работа выполнена на экспериментальном материале, полученном на прототипе такого детектора, содержащем 864 цилиндрических пропорциональных дрейфовых камер. Детектор был детально изучен на пучке ускорителя SPS (CERN) для исследования как его свойств по идентификации электронов, восстановлению пространственных координат и импульсов заряженных частиц, так и различных способов его юстировки.

Актуальность темы диссертации

В настоящее время в Европейском центре ядерных исследований (CERN) с участием физиков многих стран мира ведется подготовка экспериментов для ускорителя нового поколения - LHC ( Large Hadron Collider - большой адронный коллайдер) с расчетной светимостью 1034см-2с-1.

Наиболее широко известны два круга задач физических исследований, предложенных для LHC : проверка Стандартной Модели и поиск "новой" физики. Большая светимость является фактором необходимым для решения обеих задач.

Обнаружение Хиггс-бозона стоит на первом месте в списке задач экспериментов по проверке Стандартной модели. Для получения определенного результата исследуемый диапазон масс должен достигать 1 ТэВ. Сечение образования Хиггс-бозона с массой 500 ГэВ составляет 10~36см2.

Наиболее выгодным для наблюдения Хиггс-бозона с точки зрения фоновых условий являются характерные распады Н° —> Z°Z° —> l+l~l+l~, ->• ZQZ° l+l'vv, 77.

Таким образом, чрезвычайно важным представляется разработка детектора, способного с высокой эффективностью выделять лептоны на фоне большого количества адронов, находить их траектории и восстанавливать импульс.

Цели и задачи исследования

Цель диссертационной работы состояла в детальном изучении возможности использования идентификатора электронов на основе Детектора Переходного Излучения (ДПИ) для восстановления треков частиц. Проводилось моделирование параметров методом Монте Карло, а также экспериментальная проверка работы детектора. При создании детектора, актуальными представляются следующие вопросы :

- точность восстановления трека.

- импульсное разрешение.

- калибровка и юстировка детектора с большим числом каналов.

- эффективность регистрации электронов и подавление адронного фона.

Научная новизна и значимость работы

- Разработаны методы Монте Карло моделирования координатных измерений с использованием информации о времени дрейфа электронов ионизации.

- Разработаны методы калибровки и юстировки детектора, содержащего большое количество каналов, в магнитном поле и без него.

- Построен прототип детектора, об'единяюший в себе функции идентификации электронов на основе детектирования переходного излучения, и измерения пространственных координат частиц, который был испытан на ускорителе SPS (CERN).

- Получены экспериментальные данные по нахождению трека и восстановлению импульса частиц, которые согласуются с расчетами методом Монте Карло.

Автор защищает:

1. Экспериментальные данные по точности восстановления координат и импульса частицы, полученные с помощью прототипа TRD/T.

2. Экспериментальные данные по калибровке и юстировке TRD/T.

3. Монте Карло методы тестирования алгоритмов калибровки и юстировки детектора с большим числом каналов.

4. Монте Карло методы моделирования сигнала с цилиндрических пропорциональных камер и отклика электроники, для координатных измерений с использованием времени дрейфа электронов ионизации.

Практическая полезность

Результаты исследования использованы при проектировании полномасштабных детекторов TRD/T для эксперимента ATLAS на ускорителе LHC в CERNe и эксперимента HERA-B на ускорителе HERA в DESY.

Предложена методика компьютерного моделирования измерения координат с использованием времени дрейфа электронов ионизации в цилиндрических пропорциональных камерах.

Разработано програмное обеспечение для восстановления трека с использованием информации о времени дрейфа электронов и энергетическом выделении в пропорциональной камере.

Разработан алгоритм для юстировки детектора с большим числом каналов на одиночных или изолированных частицах в магнитном поле и без него.

Апробация и публикации

Материалы, изложенные в диссертационной работе, докладывались на конференции по трековым детекторам в Вене в 1995 году. Опубликованы в журнале "Nuclear Instrument and Methods" [116] [117], в виде препринтов CERN [113] [114] [115], ATLAS Letter of Intent[34] и ATLAS proposal [63].

Выводы

Изучаемые каналы распадов тяжелых частиц в эксперименте ATLAS накладывают требование на импульсное разрешение детектора: upfp < 30% для поперечного импульса частицы 500 ГэВ/с [34].

Данный прототип представляет собой модель баррельной части TRD/T в эксперименте ATLAS и обеспечивает импульсное разрешение 25% для пионов с энергией 90 ГэВ/с. Следует учитывать, что данный прототип тестировался в магнитном поле 0.257 Тесла, в то время как ATLAS-TRD будет работать в магнитном поле 2 Тесла. Поэтому импульсное разрешение прототипа в условиях эксперимента ATLAS для энергии 90 ГэВ/с будет порядка 3%, а для энергии 500 ГэВ ~ 20%, что удовлетворяет требованиям для регистрации распадов.

Глава 5

Проверка работы детектора как идентификатора частиц

Ниже описаны возможности TRD/Т в качестве идентификатора электронов. Разделение заряженных адронов и электронов изучалась с использованием адронного пучка 20 ГэВ, который состоял в основном из тг+ и электронного пучка с энергией 30 ГэВ для контроля эффективности регистрации электронов [117].

5.1 Идентификация электронов и режекция адронов

Электронная идентификация и режекция адронов основана на генерации электронами переходного излучения. Пионы при одинаковой с электронами энергии (десятки ГэВ), не дают переходного излучения из-за большой разницы в массе, а, следовательно, и гамма-фактора. Кванты переходного излучения регистрируются в дрейфовых трубках вместе с ионизационными потерями частицы.

На рис. 5.1 и 5.2 показано распределение по энергии, поглощенной в трубке, на электронном и пионном треке соответственно. Данные сравнивались с Монте Карло моделированием с использованием пакета GEANT, который учитывает основные физические процессы (адронные взаимодействия, тормозное излучение, фотонные конверсии, многократное рассеяние, образование дельта электронов). Процессы не включенные в

GEANT, но важные в нашем случае (переходное излучение, синхротрон-ное излучение и ионизация в тонких слоях газа [17]) моделировались специально написанными программами.

7 8 9 10 Energy , KeV

5 б 7 8 9 10 Energy , KeV

Рис. 5.1: Распределение энергии вы- Рис. 5.2: Распределение энергии деленной в трубке, для электронов выделенной в трубке, для пионов 30 ГэВ,[117] 20 ГэВ,[117]

Электронная идентификация использует различия в энергии, которую оставляют в трубке адроны и электроны, особенно в области свыше 4 КэВ. Для электронов энергия в этой области определяется переходным излучением, в то время как для адронов это в основном ¿-электроны. Наблюдается хорошее согласие между экспериментальными данными и моделированием Монте Карло.

Адронная режекция вычислялась методом счета кластеров переходного излучения на треке 1.2. В данном случае кластером считалось энерговыделение в трубке выше установленного порога (Е > Ец1Г) и счет кластеров сводился к подсчету числа трубок с энерговыделением Е > Е^г-При таком способе существуют просчеты, когда в одной трубке поглощается более одного кластера. Вероятность поглощения в трубке более одного кластера переходного излучения - 10-15%. На рис. 5.3 показаны распределения по числу кластеров на треке, т.е. по числу трубок с энергией выше порога Е^г = 5.5кэВ (далее для пионов и электронов. Число кластеров соответствует распределению пуассона со средним значением 3.47 для пионов и 13.42 для электронов. Для разделения пионов и электронов выбирался порог по числу кластеров на треке. Пороговое число кластеров (Л^/"*) на тРеке выбиралось как комромисс между эффективностью регистрации электронов и необходимой режекцией адро-нов. Например, если выбрать пороговое число кластеров соответствующее сохранению 90% электронов (тогда события с количеством кластеров меньше этого порога считались адронами) пионы иммитируют электроны с вероятностью 0.37% ± 0.06%, т.е. фактор режекции составляет ~ 300. Энергетический порог, используемый для определения кластеров

0 05 electrons ц.~',ЪЛ2 pions д= 3.47

10 20 30 'С 50 60

Number of clusters above 5.5 KeV

4 5 6 7 8 9

Energy threshold (keV)

Рис. 5.3: Число кластеров свыше Рис. 5.4: Эффективность регистра-5.5 кэВ для электронов 30 ГэВ и для ции пионов в зависимости от Ец1Т1 без пионов 20 ГэВ магнитного поля. переходного излучения, оптимизировался для получения максимальной адронной режекции, для выбранной эффективности электронов (90%). Эффективность регистрации пионов с энергией 20 ГэВ как функция порога показана на рис. 5.4. Оптимальный порог приблизительно равен = 6.5 КэВ. Как можно видеть, пионнная эффективность мало меняется в диапазоне от 5 до 8 КэВ. Это позволяет снизить требования к точности установки порога и газового усиления для разных каналов.

Рис. 5.5: распределение Л^ для элек- Рис. 5.6: распределение Л^; для пио-тронов 30 ГэВ нов 20 ГэВ

Используя пионы, электроны и мюоны с разными энергиями, была подробно измерена зависимость числа кластеров с энергией Е > 5.5 кэВ как функция 7 = Е/тс2 (рис. 5.7).

5.2 Режекция пионов в магнитном поле

Как уже говорилось, Т1Ш/Т прототип также тестировался в магнитном поле. Поле в соленоиде было В=0.78 Т вдоль оси магнита, что соответствовало поперечному полю Ву=0.257 Т для входящих частиц. Отбор событий применялся тот же, что и в случае без магнитного поля, за исключением трекинга, который производился, как описано в 4.2.4. Аналогично, для оптимизации максимальной режекции адронов, сканировался порог на энерговыделение в трубке. На рис. 5.8 приведена зависимость эффективности пионов с энергией 20 ГэВ от этого порога при фиксированной эффективности электронов 90%. Форма этой зависимости совпадает с приведенной на рис. 5.4 для случая отсутствия магнитного поля.

CD m 18 JD

О 16

• Exp. data О MC calculations 8

• о

4 г

• в

2 r 0

10'

10'

1 о

Gamma factor

Рис. 5.7: Число кластеров Е > 5.5 кэВ в зависимости от гамма-фактора (7 = Е/тс2)

Тем не менее пионная режекция без магнитного поля получается в 3 раза лучше. Детальное моделирование методом Монте Карло показало, что это происходит благодаря фотонам тормозного излучения, генерируемым электронами в материале перед TRD/T прототипом 0.1 Хо). Образующиеся фотоны следуют по траектории частицы и увеличивают на 10% число кластеров для электронов. Поэтому можно заключить, что режекция TRD/T прототипа пионов с энергией 20 ГэВ равна фактору 100 (как это измерено при наличии магнитного поля) и очень чувствительна к количеству материала (особенно в случае без магнитного поля).

Хвост" больших Nci ясно виден при сравнении распределений для В = 0 (рис. 5.5) и В = 0.78 Т (рис. 5.9). На рис. 5.10 показан результат Монте Карло моделирования, принимающего во внимание тормозное излучение в материале, а на рисунке 5.11 моделирование тормозного излучения было выключено.

5.3 ТКЛЗ/Т в условиях большой множественности.

Для моделирования работы Т1Ш/Т в условиях большой множественности, которая предполагается на ускорителе ЬНС, проводились эксперименты с мишенью. Детектор располагался относительно входящего пучка частиц под углом 40 тгас! (в вертикальной плоскости). Пучок состоял из протонов и пионов с импульсом 205 ГэВ/с, взаимодействующих с бе-риллиевой мишенью, расположенной на расстоянии 70 см перед Т1Ш/Т прототипом. Триггер был основан на совпадении большой амплитуды в счетчике множественности и ливня в электромагнитном калориметре с энергией не менее 10 ГэВ. Одно из таких событий показано на рис. 5.12.

Рис. 5.12: Событие из эксперимента с мишенью

Электронная идентификация

Изучение работы Т1Ш/Т как идентификатора в условиях высокой загрузки проводилось с помощью наложения события из эксперимента с одиночными частицами на событие в эксперименте с мишенью при автономной обработке экспериментальных данных. Этот метод дает возможность контролировать идентификацию заранее известной частицы с известной траекторией (пион или электрон на фоне загрузок от адронных взаимодействий протонов с мишенью).

На рис. 5.13 показано распределение загрузки детектора в эксперименте с мишенью. Загрузка определялась как отношение числа трубок, сработавших от события с мишенью, и лежащем на треке, к общему числу трубок, пересеченных треком. Видно что она распределена в широком диапазоне, превосходящем загрузки ожидаемые в проекте ATLAS на LHC (средние загрузки 25%).

О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 9 1 Occupancy in track corr'dor

- • 1 -Dim. Cluster Method

О 2-Dim. Likely Hood

10 1 - 8 . в 8 8

-2 10 Ф Ф « Л Ф Ф 8

-3 10 1 Y inllllll mill 1111111 г. . . . I.I . I I . I.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Occupancy %%

Рис. 5.13: Распределение по загрузке Рис. 5.14: Пионная эффективность в в эксперименте с мишенью зависимости от загрузки.

Трек частицы был известен, тем не менее после наложения на событие с мишенью, он в небольших пределах подстраивался к изменившимся условиям : вокруг него обозначался коридор, максимизировалась величина Nhu — Nempty с использованием алгоритма SIMPLEX, как описано в разделе 4.2.1. На полученном треке, так же как и на одиночных частицах, подсчитывались кластеры с энергией выше 5.5 кэВ и вычислялась режекция пионов. Результат показан на рис. 5.14 (черные точки), где пионная режекция показана как функция загрузки детектора. Как видно из рисунка, пионнная режекция ухудшается при увеличении загрузки.

5.4 Режекция пионов с использованием двух порогов

Одним из методов улучшения режеции явлется использование двух порогов на энерговыделение в дрейфовой трубке. Это позволяет использовать различие формы спектра энергетических потерь в трубке для электронов и пионов в двух диапазонах по энергии вместо одного. Число кластеров на треке выше первого порога (NC1), и выше второго порога (NC2) заносилось в двумерную гистограмму (рис. 5.15, 5.16 для пионов и электронов

20 25

Number hit > 4 KeV electrons

• • D □ □

• о ОО с о а а о □ п ааао в а QQQ"

15 20 25

Number hit > 4 KeV

Рис. 5.15: Распределение кластеров Рис. 5.16: Распределение кластеров на треке пионов при использовании на треке электронов при использова-2-х порогов нии 2-х порогов

Режекция вычислялась следующим образом: из двумерных гистограмм для каждой пары значений (N01, N02) вычислялась вероятность такого сочетания для электронов (\УЕмс1,мс2) и Для пионов (уУРмсх^съ)

Далее, для каждого трека находились (N01, N02) и гистограммиро-валась величина ¡од^N02^ Р^с\,N02)- При нулевых значениях И/Е или IVР значение логарифма ограничивались на уровне ±25. Таким образом обрабатывались данные с пионным и электронным пучком. На полученной одномерной "электронной" гистограмме устанавливался порог на уровне 90% эффективности регистрации электронов и на таком же пороге из "пионной" вычислялась пионная эффективность.

На рис. 5.14 белыми точками показана эффективность пионов (при эффективности электронов 90%) как функция загрузки детектора для двухпорогового метода.

Как видно из этого рисунка, при загрузках менее 10% использование 2-х порогов дает значительное увеличение режекции пионов (режекция - фактор 1000 при загрузке 2.5% ), а при загрузках больше 25% режекция двухпороговым методом практически не отличается от режекции с использованием одного порога.

Заключение

Сформулируем основные результаты работы, изложенные выше.

• Свойства TRD/T как идентификатора частиц и трекового детектора были изучены в магнитном и без магнитного поля.

• Трек частицы можно восстанавливаем по большому 40) числу точек без измерения времени дрейфа с пространственным разрешением ~ 1100/im для каждой точки. Это позволяет восстанавливать трек с пространственной точностью ~ 180/ш в середине детектора и угловым разрешением ~ 0.45 mrad.

• С помощью измерения времени дрейфа трек частицы восстанавливается также по большому 40) числу точек с отклонением от восстановленного трека а = 170/ш для каждой точки. Это позволяет восстанавливать трек в целом с пространственной точностью ~ 40/ш и угловым разрешением ^ 0.175 mrad.

• Большое количество трубок детектора может юстироваться с использованием треков частиц без магнитного поля, а также в магнитном поле, если известен импульс частицы. Точность юстировки ~ 50^м достигается при использовании ~ 200 треков пересекающих трубку.

• Прототип TRD/T обеспечивает импульсное разрешение сгр/р < 2.8 X 10~3 х р р в ГэВ/с) при поперечном магнитном поле Bt = 0.257 Tesla и 40 точках на треке.

• Для электронной эффективности 90% и в среднем 40 пересеченных трубках на длине прототипа TRD/T 80 см режекция пионов с энергией 20 ГэВ составляет фактор ~ 300 без магнитного поля и фактор ~ 100 в магнитном поле В = 0.78 Tesla.

• использование двух порогов по энерговыделению в трубке позволяет получить режекцию пионов с фактором 1000 при эффективности регистрации электронов 90%.

• Разработаны Монте Карло методы моделирования сигнала с дрейфовых трубок и отклика электроники для координатных измерений с использованием информации о времени дрейфа электронов ионизации. Написано программное обеспечение для моделирования работы детектора. Совпадение экспериментальных данных с Монте Карло моделированием подтверждает достоверность результатов.

• Изучение TRD/T прототипа явилось основанием для принятия TRD/T как основного трекового детектора эксперимента ATLAS (CERN).

Опубликованные работы по теме диссертации:

1. T.Akesson,.S.Furletov et al., ATLAS Letter of Intent, CERN/LHCC 92-4

2. T.Akesson,.S.Furletov et al., Proposal for an integrated high-rate transition radiation detector and tracking chamber for the LHC, CERN/DRDC/90-38, ( 1990).

3. V.Commishau,.S.Furletov et al., Integrated Transition Radiation and

Tracking detector for the LHC, RD6/Status Report, CERN/DRDC/91-47 (1991).

4. V.Commishau,.S.Furletov et al., Integrated Transition Radiation and

Tracking detector for the LHC, RD6/Status Report, CERN/DRDC/93-46 (1993).

5. T.Akesson,.S.Furletov et al., Study of straw proportional tubes for a transition radiation detector/tracker at LHC, CERN-PPE/94-224, 1994, NIM, A361 (1995), p.440-456.

6. T.Akesson,.S.Furletov et al., Particle identification performance of a straw transition radiation tracker prototype, NIM, A372, (1996), p.70-84.

В заключение мне хочется выразить свою искреннюю признательность и благодарность моему научному руководителю Долгошеину Борису Анатольевичу за постановку проблемы, обсуждение результатов, и практическую помощь, за постоянное внимание и поддержание правильного направления в работе.

Я глубоко признателен И.Л.Гавриленко, В.А.Башкирову, С.Ю.Смирнову, за большую помощь в разработке программ и полезные консультации.

Особо хотелось бы поблагодарить II.Л.Невского, с которым связано начало моей трудовой деятельности.

Мне приятно выразить глубокую благодарность А.А.Стифуткину, В.В.Сосновцеву, А.С.Романюку за многолетнее сотрудничество в работе по созданию детектора.

Мне также приятно поблагодарить А.Константинова за изготовление экспериментальной аппаратуры.

Я искренне признателен участникам коллаборации RD-6, вместе с которыми были получены экспериментальные данные.

Я также признателен моим коллегам в эксперименте HERA-B В.И.Савельеву, Ю.М.Шаманиной и В.Ю.Егорычеву за полезные обсуждения.

Я благодарен В.Н.Беляеву и А.Н.Скринскому за создание на кафедре 40 условий, необходимых для научной работы.

1. В.Л.Гинзбург, И.М.Франк, ЖЭТФ, 16,15 (1946).

2. Г.М.Гарибян, ЖЭТФ, 36, 527 (1959).

3. Г.М.Гарибян, Труды международного симпозиума по переходному излучению частиц высоких энергий, стр.15, Ереван (1977).

4. Б.А.Долгошеин, Идентификация частиц высоких энергий с помощью переходного излучения, МИФИ (1981).

5. Г.М.Гарибян, Ян Ши, Рентгеновское переходное излучение. Ереван, Изд-во АН Арм.ССР (1983).

6. И.М.Франк, Эффект допплера в преломляющей среде. Изв.АН СССР, т.6 (1942)

7. Ф.Р.Арутюнян, А.А.Геворгян, Ян Ши, Рентгеновское излучение образуемое в нерегулярной среде. ЖЭТФ, т.66, (1974)

8. M.Cherry, Measurements of the Spectrum and Energy Dependence of the Transition Radiation., Phys.Rev.,v.D17 (1978)

9. T.Ekelof, The Experimental Method of Ring-Imaging Cherenkov Counters (RICH). Preprint CERN EP/84-168, (1984)

10. А.Н.Васильев, О.А.Грачев, А.А.Деревщиков и др., Спектрометр колец черенковского излучения установки " Нептун". Координатные детекторы, Труды межд. симпозиума, Дубна (1988)

11. G.Charpak,F.Sauli, Use of ТМАЕ in a Multistep Proportional Chamber for RICH and other Application, preprint CERN EP/83-128 (1983).

12. W.Allison, J.Cobb, Relativistic Charged Particle Identification by Energy Loss. , Ann.Rev.Nucl.Part.Sci. (1980)No.30,253

13. A.I.Alikhanian,K.M.Avakian, G.M.Garibian et al., Detection of X-Ray Transition Radiation by Means of Spark Chamber., Phys.Rev.Lett., v.25,No.10 (1970).

14. H.Uto,L.Yuan,G.Dell et al., Detection of X-Ray Transition Radiation with Multiware Proportional Chambers. NIM,v.97,No.2 (1971).

15. Л.Д.Ландау, Собрание трудов., М.:Наука, т.1, с.482,(1969)

16. В.К.Ермилова,В.А.Чечин, Флуктуации энергии переходного излучения., Труды ФИАН, т.140. с.140-145, (1982).

17. В.С.Асосков, В.М.Гришин, В.К.Ермилова,и др., Ионизационные эффекты в реальных детекторах релятивистских заряженных частиц., Труды ФИАН, т.140. с.1-92, (1982).

18. К.А.Испирян, А.Т.Маргарян, Труды международного симпозиума по переходному излучению частиц высоких энергий. Ереван, Изд.ЕФИ, (1977).

19. А.И.Алиханян,В.П.Пустоцветов,Ю.А.Трубкин и др., Регистация рентгеновского переходного излучения в области 7 = 103 — 104 методом счета квантов., Труды ФИАН,т.140, М.:Наука, (1982).

20. П.С.Васильев,В.Виллис,И.Л.Гавриленко и др., Идентификация частиц с помощью переходного излучения методом счета кластеров.,

21. Труды ФИАН, т.140, М.: Наука (1982).

22. L.C.L.Yuan, C.L.Wang and S.Prunser, Phys.Rev.Lett.23 (1969) 496

23. M.L.Cherry et al, NIM, 115 (1973)141

24. J.Cobb et al, NIM 140 (1977)413

25. For a review see: W.H.Toki, preprint SLAC-PUB-5232 (1990)

26. P.Baringer et al., Nucí. Instr. and Meth. A254(1987)542

27. W.W.Ash et al., Nucl. Instr. and Meth. A261(1987)399; and H.N.Nelson, report SLAC-322 (1987)

28. M.T.Roman et al., IEEE Trans. Nucl. Sei. NS-35 (1988)329; and TPC Collaboration, internal report TPC-LBL-85-20 (1985)

29. W.T.Ford et al., Nucl. Instr. and Meth. A255(1987)486

30. J.Adler et al., Nucl. Instr. and Meth. A276(1989)42

31. V.M.Aulchenko et al., Nucl. Instr. and Meth. A283(1989)528

32. M.Frautschi et al., Nucl. Instr. and Meth. A307(1991)52

33. C.Biino et al., Nucl. Instr. and Meth. A271 (1988)417; and IEEE Trans. Nucl. Sei. NS-36 (1989) 98

34. S.Bhadra et al, Nucl. Instr. and Meth. A268(1988) ??

35. ATLAS Letter of Intent, CERN/LHCC 92-4

36. T.Akesson et al., Particle Identification Performance of a Straw Transition Radiation Tracker Prototype, CERN-PPE/95-111

37. V.Bondarenko et al., Kapton straw chambers for a tracking transition radiation detector, Nucl. Instr. and Meth., A327(1993)386

38. V. Commishau et al., Straw proportional tubes study for Transition Radiation Detector/Tracker at LHC Preprint CERN-PPE/94 (in preparation)

39. B. Aubert et al., Liquid Argon Calorimetry with LHC-Performance Specifications, RD3 Proposal, CERN/DRDC/90-31, DRDC/P5, 1990.

40. F.Sauli, NIM 156,Nos.l,2, 147-57, 1978.

41. D.Drijard,T.Ekelof,H.Grote, NIM 176, 389-95, 1980

42. R.Bouclier et al. NIM 115, 235-44, 1974.

43. H.Grote,P.Zanella, NIM, 176, 29-37, 1980.

44. G.Charpak, Multiwire and Drift Proportional chambers, Physics Today, 31, 1978.

45. J.N.Marx, D.R.Nigren The Time Projection Chamber, Physics Today, 31,1978.

46. I.J.R. Aitchison and A.J.G. Hey, Gauge Theories in Particle Physics, A practical Introduction, Adam Hilger publishing house, 1989.

47. ATLAS Collaboration, B-Physics with the ATLAS Experiment at LHC, CERN/LHCC/93-53.

48. CDF Collaboration, submitted to Phys. Rev. Lett., Fermilab preprint Fermilab-Pub-95/022-E, 1995.

49. M.S. Chanowitz, Electroweak symmetry breaking: unitarity, dynamics, experimental prospects, Ann. Rev. Nucl. Part. Sei. 38 (1988) 323.

50. DO Collaboration, submitted to Phys. Rev. Lett., Fermilab preprint Fermilab-Pub-95/028-E, 1995.

51. P. Eerola, Measurement of CP-violation in B-decays with the ATLAS experiment, ATLAS Internal Note PHYS-NO-009.

52. D. Froidevaux and E. Richter-Was, Is the channel H —)■ bb observable at LHC?, ATLAS Internal Note, PHYS-N0-043, preprint CERN-TH-7459-94, 1994.

53. S.I. Glashow, Nucl. Phys. 22 (1961) 579.

54. J.F. Gunion, H.E. Haber, G.L. Kane and S. Dawson, The Higgs hunter's guide, Addison-Wesley, 1990.

55. F. Halzen and A.D. Martin, Quarks and Leptons, John Wiley Inc., New York, 1984.

56. P.W. Higgs, Phys. Lett. 12 (1964), 132.

57. Z. Kunszt and W.J. Stirling, The Standard Model Higgs at LHC: Branching ratios and cross-sections, Proc. Large Hadron Collider Workshop (Aachen), eds. G. Jarlskog and D. Rein, CERN 90-10, 1990, vol. II, page 428.

58. C.H. Llewellyn-Smith, Particle Physics in the Future, Proceedings of the Perkins Conference, ed. R.J. Cashmore and G. Myatt, World Scientific (1994).

59. Nachtmann, Elementary Particle Physics, Concepts and Phenomena, (1990), Springer Verlag.

60. A. Salam, Proc. 8th Nobel Symposium (1968) 367.

61. G. Unal et al., Prospects for Higgs search with taus in the MSSM, ATLAS Internal Note PHYS-NO-005.

62. D. Cavalli et al., A0 and H° —rr; full simulation, ATLAS Internal Note PHYS-NO-025.

63. S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 19 (1967)1264.

64. S. Zmushko et al., Study of H —>• WW —>• lz/jj and H ZZ ->• lljj decays for mH = 1 TeV, ATLAS Internal Note PHYS-NO-008.1.C

65. ATLAS Collaboration, Technical Proposal, CERN/LHCC/94-43, 1994.

66. CMS Collaboration, Technical Proposal, CERN/LHCC/94-38, 1994.

67. D. Froidevaux and M.A. Parker, The performance specifications of the ATLAS inner detector, ATLAS Internal Note INDET-N0-046, 1994.

68. Large Hadron Collider in the LEP Tunnel, Proc. of the ECFA-CERN Workshop, Lausanne, 1984, CERN 84-10, 1984.68 69 [70 [71 [7273 74 [75 [76 [77 [78 [7980 81

69. C Study Group, Design study of the Large Hadron Collider (LHC), CERN 91-03, 1991.1. TR

70. X. Artru, G.B. Yodh and G. Menessier, Practical theory of the multi-layered transition radiation detector, Phys. Rev. D 12 (1975) 1289.

71. M.L. Cherry et al., Transition radiation from relativistic electrons in periodic radiators, Phys. Rev. D 10 (1974) 3594.

72. A. Denisov et al., Performance of the E715 transition radiation detector, preprint Fermilab-Conf-84/134E, 1984.

73. B. Dolgoshein, Transition radiation detectors and particle identification, Nucl. Instr. Meth. A252 (1986) 137.

74. B. Dolgoshein, Particle identification using transition radiation detectors and ring imaging cherenkov counters, talk given at the ECFA workshop on Instrumentation for High Luminosity Hadron Colliders, Barcelona, September, 1989.

75. B. Dolgoshein, Transition radiation detectors, Nucl. Instr. Meth. A326 (1993) 434.

76. C.W. Fabjan and W. Struczinski, Coherent emission of transition radiation in periodic radiators, Phys. Lett. 57B (1975) 484.

77. C.W. Fabjan et al., Particle identification by electron cluster detection of transition radiation, Nucl. Instr. Meth. 185 (1981) 119.

78. Fayard, Transition Radiation, Proc. Instrumentation en physique nucléaire et en physique des particules, Paris, 1989.

79. M. Frank, Usp. Fiz. Nauk 75 (1961) 231; translation in Sov. Phys. Usp. 4 (1962) 740.

80. G.M. Garibian, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 33 (1957) 1043; translation in Sov. Phys. JETP 6 (1958) 1079.

81. G.M. Garibian, Transition radiation effects in particle energy losses, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 37 (1959) 527; translation in Sov. Phys. JETP 10 (1960) 372.

82. V.L. Ginzburg and I.M. Frank, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 16 (1946) 15; partial translation in J. Phys. USSR 9 (1945) 353.

83. P. Goldsmith and J.V. Jelley, Philos. Mag. 4 (1959) 836.

84. See, for example, S. Iwata, Invited talk presented at the 2nd Conf. on Particle detectors, KEK, Japan, 1979.

85. J.D. Jackson, Classical electrodynamics, 2nd ed., Wiley, New York, 1975.

86. M.L. Ter Mikaelyan, High Energy Electromagnetic Processes in Condensed Media, Wiley Interscience, New York, 1972.

87. T. Ludlam et al., Particle identification by electron cluster detection of transition radiation photons, Nucl. Instr. Meth. 180 (1981) 413.rd 686 87

88. G. Ambrosini, S VIC 7213/VIC 8250 application programs, RD13 Technical Note 24, 1992

89. T. Akesson et al., Report from the Non-Magnetic Detector Group. Proceedings of the Workshop on Experiments, Detectors, and Experimental Areas for the Supercollider, July 1987, Berkeley, 472.

90. T. Akesson et al., Estimate of a transition radiation detector's performance as part of an electron identification scheme, Report from the High-Luminosity Study Group to the CERN Long-Range Planning Committee, CERN 88/02 (1988) 31.

91. R.K. Bock et al., The TRD Router unit and its implementation, RD6 Note 27, 1992.

92. R.K. Bock et al., Status report of embedded architectures for second-level triggering in LHC experiments, CERN/DRDC/93-12/RD-11, 1993.

93. V. Bondarenko et al., Kapton straw chambers for a tracking transition radiation detector, Nucl. Instr. Meth. A327 (1993) 386.

94. R. Brun et al., HBO OK reference manual, CERN Program Library Long Writeup Y250.

95. S. Buono, Evaluation of the HIPPI interfaces into the RD13 system, RD13 Technical Note 83, 1993.

96. H. Carling and M. Thulesius, Technical Specifications of the RD6 Drift Time Measuring Read-Out Chip, Rev. 2, RD6 Note 53, 1994.

97. M. Cavalli-Sforza et al., Status report of developments for a scintillator tile sampling hadron calorimeter with longitudinal tile configuration, CERN/DRDC/92-48, 1992.

98. V. Chernyatin et al., Foam radiators for transition radiation detectors, Nucl. Instr. Meth. A325 (1993) 441.

99. V. Commichau, Trigger Delay Module, 3rd edition; III. Physikalisches Institut RWTH Aachen, May 1993.

100. Creative Electronic Systems S.A., RAID 8235 VME rise processor board, User's Manual, 1992.

101. Creative Electronic Systems S.A., RCB 8047 CORBO VME read-out control board User's Manual, 1992.

102. J. Dowell, TRDS, RAL 117, September 25, 1992.

103. B. Dulny, Slow Control Module, Version 1.20, MPI Munich, June 16, 1993.

104. S. Jagielski, Preliminary results of the RD6 '93 testrun data analysis, RD6 Note 52, March 21, 1994.

105. P. Lichard, TRD Readout Status Report, RD6 Note 25, 1992.

106. L. Mapelli et al., A scaleable data taking system at a test beam for LHC, CERN/DRDC/90-64/P16, CERN/DRDC/90-64/P16 Add.l, CERN/DRDC/90-64/P16 Add.2, 1990.

107. M. Millmore, TRD A, RAL 118, September 24, 1992.

108. P. Nevski, Transition radiation tracker for the LHC, Proc. Int. Euro-physics Conf. on High Energy Physics, Marseille (1993) 386.

109. Quid version 2.0, User's Manual, Artis srl, November 1992.

110. RD3 Collaboration, Liquid Argon Calorimetry with LHC-Performance Specifications, CERN/DRDC/90-31, DRDC/P5, August 13, 1990.

111. RD3 Collaboration, Hadronic and Electromagnetic Liquid Argon LHC Prototype Calorimeter with Pointing Geometry, CERN/DRDC/91-11, DRDC/P5-Add.l, March 13, 1991.

112. RD3 Collaboration, Performance of a Liquid Argon Preshower Detector Integrated with an Accordion Calorimeter, CERN-PPE/92-206, November 24, 1993.

113. B. Aubert et al. (RD3 Collaboration), Performance of a Liquid Argon Accordion Calorimeter with Fast Readout, CERN-PPE/92-46 (1992), sub.NIM.

114. B. Aubert et al., Performance of a Liquid Argon em Calorimeter with a Cylindrical Geometry, CERN-PPE/92-129 (1992), sub.NIM.

115. RD6 Collaboration, Proposal for an integrated high-rate transition radiation detector and tracking chamber for the LHC, CERN/DRDC/90-38, DRDC/P8 (1990).

116. RD6 Collaboration, Integrated Transition Radiation and Tracking detector for the LHC, RD6/Status Report, CERN/DRDC/91-47 (1991).

117. RD6 Collaboration, Integrated Transition Radiation and Tracking detector for the LHC, RD6/Status Report, CERN/DRDC/93-46 (1993).

118. RD6 Collaboration, Study of straw proportional tubes for a transition radiation detector/tracker at LHC, CERN-PPE/94-224, 1994, NIM, A361 (1995), p.440-456.

119. RD6 Collaboration, Particle identification performance of a straw transition radiation tracker prototype, NIM, A372, (1996), p.70-84.

120. A. Romaniouk, A high rate run data analysis, RD6 Note 61, November 30, 1994.

121. S. Schuh, Reconstruction of particle trajectories in magnetic field using only beam chambers, RD6 Note 37, November 16, 1992.

122. S. Schuh, Analysis of the Tracking Properties of the TRD prototype with data from the 92-testrun, RD6 Note 41, June 1, 1993.

123. J.T. Shank et al., Test-beam performance of a tracking TRD prototype, CERN-PPE/91-49 (1991), Nucl. Instr. Meth. A309 (1991) 377.

124. S. Smirnov, Offline analysis of the straw high counting rate measurements, RD6 Note 60, November 7, 1994.

125. P. Weilhammer, G. Hall et al., Development of high resolution Si strip detectors for experiments at high luminosity at the LHC, CERN/DRDC/93-30, 1993.

126. See several talks presented at the Wire Chamber Conference February 1995, Vienna, to be published in Nucl. Instr. Meth.

127. B. Yu et al., SSC detector R & D at BNL: April 1990 Status Report, BNL 52244, 1990.

128. N. Zaganidis, The magnetic field of TPC-90, RD6 Note 28, June 4, 1992.

129. T. Lohse, C. Hast, . S.Furletov et al., HERA-B: an experiment to study CP violation in the B system using an internal target at the HERA proton ring, 1994. Hamburg DESY DESY PRC 93-04 (93/03,rec.Jun.)

130. EMPACT Collaboration (R. Steiner et al.), Letter of Intent to write a proposal for an experiment to be performed at the SSCby EMPACT/TEXAS, SSCL-SR-1155, Nov 1990.

131. EMPACT Collaboration (R. Steiner et al.), EMPACT: Electrons Muons Partons as Air Core Toroids: an expression of interest for an experiment to be performed at the SSC, SSCL-SR-1161, May 1990.

132. S.F.Biagi, NIM A283(1989)716. egamma

133. ATLAS Collaboration, H —77 signal reconstruction, ATLAS Technical Proposal, Section 11.2.1., 1994.

134. R. Brun et al., GEANT 3.21 Detector description and simulation tool, CERN Program Library Long Writeup W5013.

135. D. Froidevaux and M. Nessi, ATLAS production tape list (PROD TAPES) on PUBZP 197 at CERNVM.

136. F. Gianotti et al., Simulation and optimization of the ATLAS electromagnetic calorimeter: 7/7?° separation, ATLAS Internal Note, CAL-NO-072, February 24, 1995.

137. F. Gianotti, talk presented at the ATLAS PHYSICS meeting, April 6 1995.

138. Z. Kunszt and W.J. Stirling, The Standard Model Higgs at LHC: Branching ratios and cross-sections, Proc. Large Hadron Collider Workshop (Aachen), eds. G. Jarlskog and D. Rein, CERN 90-10, 1990, vol. II, page 428.

139. E. Richter-Was, Hard photon bremsstrahlung in the process pp —» Z0/7* —y l+l~: a background for the intermediate mass Higgs, ATLAS Internal Note PHYS-N0-034, March 18, 1994.

140. E. Richter-Was et al., Standard Model and Minimal Supersymmetric Standard Model Higgs rates and backgrounds in ATLAS, ATLAS Internal Note, PHYS-N0-048, March 1995.

141. T. Sjostrand, High-Energy-Physics Event Generation with PYTHIA 5.7 and JETSET 7.4, CERN preprints, CERN-TH.7111/93 and CERN-TH.7112./93.ends

142. R. DeSalvo, Proceedings of the 1986 Summer Study on the Physics of the Superconducting Supercollider, June 23/July 11, 1986, Snowmass, Colorado, page 391;1. A. Odian, ibid., page 398

143. V. Ermilova et al., Nucl. Instr. Meth. A145(1977)

144. J. Fischer et al., Nucl. Instr. Meth. A238(1985)249/269

145. RD6 Collaboration, ATLAS internai note INDET-No-18, 29 September 1993

146. W. Funk, ATLAS internai note INDET-No-32, 16 November 19931. Список иллюстраций

147. Идентификация частиц различными методами. Верхняя часть: длина различных детекторов, необходимая для достижения коэффициента режекции 100. Нижняя часть: интенсивность переходного излучения, в зависимости от энергии частиц.22

148. Распределение по числу кластеров для пионов и электронов в HELIOS TRD. Пунктирная линия соответствует числу кластеров на треке, а сплошная полному числу кластеровв детекторе. 71.24

149. Два события из эксперимента HELIOS, зарегистрированные в TRD. 72.25

150. Зависимость эффективности п от эффективности е. (HELIOS TRD) .25

151. Электронные кандидаты с HELIOS TRD и без него (в р + Ве взаимодействиях).25

152. Цилиндрическая прпорциональная камера.27

153. Электрическое поле внутри пропорциональной камеры.27

154. Зависимость газового усиления от напряжения в пропорциональных счетчиках.27

155. Изменение электрического поля от расстояния в многопроволочной пропорциональной камере.27

156. Конфигурация электрического поля в многопроволочной прпорииональной камере. . 28

157. Траектории дрейфа электронов с трека частицы в многопроволочной пропорциональной камере.28

158. Детектор ATLAS на ускорителе LHC (CERN).36

159. Зависимость скорости дрейфа электронов от напряженности электрического поля . 43

160. Форма выходного сигнала электроники на одиночный кластер от источника Fe55 . 43

161. Напряженность электрического поля внутри трубки.44

162. Скорость дрейфа электронов внутри трубки.44

163. Зависимость времени дрейфа электрона от расстояния до анода.44

164. Интегральная диффузия электронов в зависимости от расстояния до анода.44

165. Траектории дрейфа электронов в трубке, В=0 Tesla.45

166. Траектории дрейфа электронов в трубке,В=2 Tesla.45

167. Траектории дрейфа электронов с трека частицы. В=0 Tesla.45

168. Траектории дрейфа электронов с трека частицы. В=2 Tesla.45

169. Распределение времени срабатывания дискриминатора при фиксированном расстоянии трека от анода .46

170. Распределение событий по расстоянию трека от анода при фиксированном времени срабатывании дискриминатора.46

171. Зависимость координаты трека от времени срабатывания дискриминатора, Монте Карло 4831 Производство трубок.5032 Разрез стенки трубки .50

172. Схематическое расположение трубок в TRD/T прототипе. Только три верхних ряда были оборудованы TD С .51

173. Расположение блоков TRD/T.51

174. Схема экспериментальной установки .52

175. Моделирование э/м ливня.5337 а) Энергетический спектр 55Ре в трубке. Ь) Изменение во времени концентрации ксенонаи коэффициента газового усиления в Т1Ш/Т прототипе .57

176. Блок-схема системы считывания данных и калибровки Т1Ш/Т прототипа.58

177. Образец калибровочной кривой для ТБС.59

178. Амплитуда сигнала в счетчике множественности в много частичных событиях .60

179. Амплитуда сигнала в полупроводниковом детекторе для одночастичных событий . 60

180. Энергия в адронном калориметре для электронов 30 ГэВ.60

181. Энергия в адронном калориметре для пионов 20 ГэВ .60

182. Энергия в электромагнитном калориметре для электронов 30 ГэВ.61

183. Энергия электромагнитном калориметре для пионов 20 ГэВ.61

184. Отношение энергии, выделенной электронами в первой части э/м калориметра к общей энергии э/м калориметра .62

185. Отношение энергии, выделенной пионами в первой части э/м калориметра к общей энергии э/м калориметра.62

186. Отношение энергий, выделенной электронами в ячейках э/м калориметра (ЗхЗ)/(5х5) . . 63

187. Отношение энергий, выделенной пионами в ячейках э/м калориметра (ЗхЗ)/(5х5) . 63

188. Профиль трубки, полученный с использованием пучковых камер .66

189. Точность восстановления координаты трубки в зависимости от числа используемых частиц .66

190. Начальные положения блоков Т1Ш/Т прототипа, измеренные с помощью пучка.6644 Весовая функция трубки.69

191. Отклонения центра сработавшей трубки от трека.71

192. Распределение числа сработавших трубок на треке.71

193. Распределение времен срабатывания дискриминатора, эксп.данные.72

194. Зависимость координаты трека от времени дрейфа, эксп.данные .72

195. Восстановление трека с использованием времени дрейфа.74

196. Распределение отклонений от трека восстановленных в трубке координат до юстировки 76

197. Распределение отклонений от трека восстановленных в трубке координат после юстировки .76

198. Пример восстановления трека.77

199. Сдвиг в пространстве и во времени II-Т зависимости.78

200. Распределение найденных смещений Уо в ТТШ/Т .79

201. Распределение сдвигов ^ в ТРШ/Т .79417 В=0 Т .80418 В=0.78 Т.80

202. Тестирование методом Монте Карло алгоритма юстировки : а)-начальные смещения проволочек, Ь)-найденные смещения программой юстировки, с)-остаточные смещения, с1)-У-проекция начальных смещений, е)-У-проекция остаточных смещений.82

203. Зависимость пространственного разрешения дрейфовых трубок от дискретности ТБС . 83

204. Угловое распределение пучка, измеренное с помощью ВС1-ВС2.83

205. Восстановление трека в магнитном поле.85

206. Карта магнитного поля вдоль траектории частицы.86

207. Восстановленная кривизна трека пионов 90 ГэВ.88

208. Восстановленая кривизна трека электронов 90 ГэВ.88

209. Импульсное разрешение ТРШ/Т как функция импульса частицы.89

210. Распределение энергии выделенной в трубке, для электронов 30 ГэВ,117.92

211. Распределение энергии выделенной в трубке, для пионов 20 ГэВ,117.92

212. Число кластеров свыше 5.5 кэВ для электронов 30 ГэВ и для пионов 20 ГэВ.93

213. Эффективность регистрации пионов в зависимости от Ethr, без магнитного поля.9355 распределение Nc¡ для электронов 30 ГэВ.9456 распределение Nc¡ для пионов 20 ГэВ.94

214. Число кластеров Е > 5.5 кэВ в зависимости от гамма-фактора (7 = Е/тс2).95

215. Пионная эффективность в зависимости от порога Ethr в магнитном поле .96

216. Распределение числа кластеров для электронов 30 ГэВ в магнитном поле.96

217. Электроны с моделированием тормозного излучения (в отсутствии магнитного поля),Монте Карло.96

218. Электроны без моделирования тормозного излучения (в отсутствии магнитного поля), Монте Карло .96

219. Событие из эксперимента с мишенью .97

220. Распределение по загрузке в эксперименте с мишенью .98

221. Пионная эффективность в зависимости от загрузки.98

222. Распределение кластеров на треке пионов при использовании 2-х порогов.99

223. Распределение кластеров на треке электронов при использовании 2-х порогов .99

224. А.1 Угловое распределение интенсивности переходного излучения с одной поверхности 73. . 108

225. А.2 Зона формирования РПИ. 73.110

226. А.З Схематическое устройство радиатора переходного излучения.110

227. А.5 Энергетические спектры РПИ для одной поверхности, одной фольги и стопки фольг 69. 113

228. А.6 Зависимость углового распределения числа квантов переходного излучения для нерегулярной стопки. Степень нерегулярности 4.47%( точечная кривая), 14.0%(штрих-пунктирная), 40.8%(штриховая), 70.7%(сплошная кривая) .114