Триггерный детектор передней мюонной системы эксперимента DO тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

и

ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

В ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

э

На правах рукописи 2008-15

Васильев Игорь Александрович

ТРИГГЕРНЫЙ ДЕТЕКТОР ПЕРЕДНЕЙ МЮОННОЙ СИСТЕМЫ ЭКСПЕРИМЕНТА БО

01.04.23 - физика высоких энергий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Протвино 2008

003450692

М-24

УДК 539.1.074

Работа выполнена в Институте физики высоких энергий (г.Протвино).

Научный руководитель - кандидат физико-математических наук В.Н. Евдокимов.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук B.C. Селезнев (ОЭА, ИФВЭ), кандидат физико-математических наук М.Ф. Рунцо (МИФИ, Москва).

Ведущая организация - Институт теоретической и экспериментальной физики (г. Москва).

Защита диссертации состоится "_"_ 2008 г.

в_часов на заседании диссертационного совета Д 201.004.01

при Институте физики высоких энергий по адресу: 142281, Протвино Московской обл..

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФВЭ.

Автореферат разослан "_" _ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 201.004.01 Ю.Г. Рябов

© Государственный научный центр Российской Федерации Институт физики высоких энергий, 2008

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Протон-антипротонный коллайдер Тэватрон на энергию ~2 ТэВ в системе центра масс лаборатории им. Ферми (Фермилаб) в США по настоящее время остается крупнейшим ускорителем в мире. Одной из основных установок, работающих на Тэватроне, является установка БО. Главными задачами экспериментов на этой установ-е являются проверка предсказаний Стандартной ¿модели и поиск овых частиц и явлений за ее пределами.

Ко второму сеансу работы Тэватрона, который начался в маре 2001 г., установка Б0 была существенно модернизирована, что ыло связано со значительным повышением светимости коллайдера. дной из важнейших и актуальных задач модернизации установки 0 были разработка и создание системы из 4214 сцинтилляционных четчиков с высоким временным разрешением и тонкой сегментаций для формирования мюонного триггера и идентификации мюонов, 1ему и посвящена данная работа.

Система расположена симметрично относительно точки взаимо-ействия протонного и антипротонного пучков, по три слоя счетчи-ов с каждой из двух сторон. Общая площадь детектора составляет 450 м2. Результатом введения в установку этой большой системы

явилось значительное увеличение эффективности выработки триггера передней мюошюй системы установки БО во втором сеансе.

Цель диссертационной работы - разработка и создание системы из 4214 триггерных сцинтидляционных счетчиков для передней мюошюй системы эксперимента БО, исследование их характеристик и анализ контроля стабильности их работы во время проведения экспериментов для получения физических результатов.

Научная новизна и практическая ценность работы

Созданная система сцинтидляционных счетчиков является одной из крупнейших в мире, в коллайдерных экспериментах она применяется впервые. Разработанные во время производства и эксплуатации ецпнтилляциоиных счетчиков методы измерения их характеристик и контроля стабильности системы являются во .многом оригинальными. Использование триггерной системы счетчиков в эксперименте БО позволило получить целый ряд новых физических результатов среди которых наиболее важными являются наблюдение осцилляции В,5-мезонов и открытие каскадного Е^~6ариона — первой частицы состоящей из кварков всех трех поколений.

Полученные в диссертационной работе результаты могут быть не пользованы при создании больших систем сцинтилляционных счет чиков как в пашей стране (ОИЯИ, ИЯИ РАН, ИЯФ РАН, НИНЯФ МГУ, ФИ РАН), так и за рубежом (ЦЕРН, Фермилаб).

Автор защищает:

в создание в ГНЦ ИФВЭ при активном участии диссертанте трштерного детектора на основе 4214 сцинтилляционных счет чиков с полной площадью сциитпллятора ~450 м2.

» разработку методики калибровки системы сцинтплляцнонпы:-счетчиков на ускорительных мюонах, полученных в результате протон-антипротонных столкновений на Тэватроне.

о методы анализа данных и результаты калибровки на светоди одах и на ускорительных мюонах.

При активном участии диссертанта в контроле и мониториро вании трштерного детектора его надежная работа в течение сем! лет в выработке триггера эксперимента БО для регистрации редки.

физических процессов с шоонами в конечном состоянии позволила провести уникальные физические исследования.

Основные публикации и апробация работы

Результаты, полученные в диссертации, неоднократно докладывались автором на совещаниях и семинарах сотрудничества эксперимента DO и научных конференциях в Фермилабе. Основные результаты, представленные в диссертации, опубликованы в российском журнале "Приборы и Техника Эксперимента" [1] и зарубежных журналах "Nuclear Instruments and Methods" [2, 3] и "Physical Review Letters" [41.

Апробация диссертации прошла в ГНЦ ИФВЭ 8 сентября 2008 г.

Структура диссертации

Диссертация изложена на 77 страницах печатного текста, состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 50 рисунков, 3 таблицы и список цитируемой литературы, включающий 41 наименование.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы, показаны научная новизна представленных исследований и их практическая ценность, а также описана структура диссертации.

В первой главе диссертации изложены научные цели эксперимента DO, представлена схема установки текущего (второго) сеанса, а также описаны мюонные детекторы установки.

Эксперимент DO был предложен в 1983 г. для изучения протон-антипротонных столкновений с энергией в системе центра масс 1.8 ТэВ на коллайдере Тэватрон в Фермилабе. Целью эксперимента была проверка предсказаний Стандартной модели (СМ) и поиск новых частиц и явлений за ее пределами — изучение состояний с высокими массами и процессов с большим поперечным импульсом. Эффективная работа установки в ходе первого сеанса (19921996 гг.) привела к получению ряда важнейших результатов. Среди них — открытие топ-кварка и измерение его массы, прецизионное

измерение массы IV-бозона, изучение процессов образования струн, установление более строгих ограничений на сечения образования и массы суперспмметричных частиц, леитокварков и других частиц, существование которых предсказывается различными расширениями СМ.

Научная программа второго сеанса включает в себя много направлений, в числе которых исследования нарушения СР-инвариантности, поиск хиггсовского бозона, ответственного в СМ за образование масс элементарных частиц, поиски составных состоянии лептонов и кварков, а также суперсимметричных частиц и много других интересных задач. Наиболее значительными результатами продолжающегося второго сеанса являются наблюдение осцилляции .Rj-мезонов и открытие каскадного 2^-бариона.

В ходе первого сеанса Тэватрон работал с б "банчами" (сгустками) протонов и антипротонов, с 3500 наносекундными интервалами между пересечениями банчей и энергией 1.8 ТэВ в системе центра масс. Пик светимости обычно составлял 1-2х1031см~2сек-1. Интегральная светимость за первый сеанс составила ~120 пб-1.

После запуска нового инжектора и модернизации Тэватроиа кол-лайдер начал свою работу во втором сеансе в марте 2001 г. с 36 бап-чами протонов и антипротонов, интервалом между банчами в 396 наносекунд и при энергии в системе центра масс 1.96 ТэВ. Светимость возросла более чем на порядок величины — до 2-Зх1032см~2сек~"1. Ожидается, что Тэватрон будет работать по крайней мере до конца 2009 г. В этом случае интегральная светимость может достичь величины ~5-8 фб-1.

Чтобы в полной мере использовать новые возможности Тэватро-на, установка D0 была значительно модернизирована. Схема модернизированной установки D0 показана на рис. 1. Северная половина установки обозначена на рис. 1 как "north", а южная — как "south". Установка состоит из трех основных составляющих: центральные трековые детекторы, электромагнитный и адронный калориметры и мюонный спектрометр. Центральная трековая система ко второму сеансу была заменена полностью. Эффективная работа трековых детекторов в центральной системе крайне важна для изучения свойств

топ-кварка, электрослабых взаимодействий, В-физики, а также для поиска новых частиц, включая бозон Хиггса. Новая система включает в себя кремниевый микростриповый трековый детектор SMT (Silicon Tracker на рис. 1) и сцинтилляционный волоконный трековый детектор CFT (Fiber Tracker), расположенные внутри сверхпроводящего соленоида с магнитным полем 2Т.

Рис. 1. Схема установки БО во втором сеансе ускорителя Тэватрон в Фер-

¡милабе. Вид сбоку.

Мюонная система является одной из основных в установке БО [2]. Это связано с тем обстоятелвством, что большинство частиц, изучение которых представляет особый интерес Z, частицы с 1;- и ;Ь-кварками и др.), идентифицируется по лептонным и полулептон-ным каналам распада. Мюонная система установки должна обеспечивать эффективную регистрацию и идентификацию мюонов в широком диапазоне углов и импульсов и при этом иметь низкий уровень фона. Стабильная и надежная многолетняя работа и ради-

ационная стойкость в условиях высокой светимости также исключительно важны для мюонной системы. Основными компонентами мюонной системы модернизированной установки ОО являются триггерам е сдинтилляционные счетчики и трековые детекторы — пропорциональные дрейфовые трубки (РБТ) в центральной части и мини-дрейфовые трубки (]\'ГОТ) —■ в передней.

Значительным усовершенствованием установки БО было введение в переднюю мюонную систему (область псевдобыстрот 1<|гу|<2) новых триггерных мюонных детекторов на основе сцинтилляционных счетчиков. Для этого в ГНЦ ИФВЭ в 1998-1999 гг. было изготовлено 4214 сцинтилляционных счетчиков. Описание передней мюонной триггерной системы, методов ее калибровки и мониторирования и применения для получения физических результатов и является основным содержанием диссертации.

Вторая глава посвящена созданной системе триггерных сцинтилляционных счетчиков для передней мюонной системы. В ней описана конструкция счетчика, изложены процедуры отбора и исследования параметров отдельных элементов счетчиков, рассмотрена конструкция детектора и методика его тестирования с использованием космических мюоиов.

Сцинтилляционные счетчики передней мюонной системы должны были удовлетворять следующим требованиям:

в обладать высокой радиационной стойкостью при длительной работе в условиях большой светимости, доходящей до нескольких единиц на 1032см-2сек-1;

в обеспечивать близкую к 100% эффективность регистрации минимально-ионизирующей частицы (М1Р);

о иметь хорошую однородность амплитуды снимаемого сигнала по всей площади счетчиков для подавления фоновых частиц;

• иметь временное разрешение не хуже нескольких наносекунд;

о обеспечивать надежную и стабильную работу в течение как

минимум десяти лет;

• быть простыми в изготовлении и умеренными по стоимости (из-за ограниченных сроков производства).

В итоговую рабочую конфигурацию передней мюониой системы вошли 4214 сцинтилляционных счетчика. Они были размещены в 48 октантах, образующих шесть слоев (по три слоя (А, В и С) в южной и северной половинах установки) по восемь октантов в каждом. Эти слои счетчиков обозначены как "Pixel Counter Layers" на рис. 1. В каждом из октантов находятся до 96 счетчиков, которые разделены на шесть групп (до 16 счетчиков в одной группе), каждая из которых подключена к своему высоковольтному источнику питания.

Деление слоя счетчиков на октанты и счетчиков октанта на группы представлено на рис. 2 на примере слоя А.

Рис. 2. Схема слоя А системы сцинтилляционных счетчиков. Восемь ок-

тантов нумеруются с нулевого по седьмой по часовой стрелке, начиная с нижнего октанта левой верхней четверти слоя. Высоковольтные группы октантов обозначены разным цветом.

Конструкция одного сцинтилляционного счетчика представлена на рис. 3. В счетчиках используется сцинтиллятор Вкгоп 404А тол-

А Layer

щиной 12.7 мм. Передача сцинтилляционного света на фотоумножитель ФЭУ-115М осуществляется с помощью двух полос из сме-стителя спектра Китагт 30 толщиной 4.2 мм и шириной 12.7 мм, расположенных на соседних гранях сцинтиллятора.

Рис. 3. Схема сциитилляционного счетчика. Размеры даны в миллиметрах.

Для получения высокой эффективности, однородности и хорошего временного разрешения при разумной стоимости производства были изучены несколько методов светосбора. Из измерений был сделан вывод, что для данной геометрии и при данных размерах счетчиков полосы из сместителя спектра дают лучшую эффективность светосбора и конструктивно проще, чем, например, волоконные. Поэтому в подавляющем большинстве счетчиков для светосбора и использовались полосы из сместителя спектра Китагт 30, пик поглощения которого соответствовал пику излучения сцинтиллятора

Вкгоп 404А, выбранного в качестве рабочего варианта вследствие его хорошей однородности, высокого световыхода и малого времени высвечивания. Вблизи пересечения граней сцинтиллятора полосы смесгителей спектра изогнуты на угол 43.9°, как показано на рисунке. В силу геометрии установки размеры счетчиков сильно варьируются от 9x14 см2 до 60x110 см2. Фотоумножитель защищен от влияния рассеяния магнитных полей экранами из пермаллоя и мягкой стали. Для калибровки и проверки ФЭУ используются сигналы от светодиодов, которые подаются через оптическое волокно со специальным разъемом (рис. 3, секция С-С).

Перед сборкой счетчиков 3301 полоса из сместителя спектра длиной 124 см каждая была протестирована с помощью светодиода. Полосы с лучшими значениями световыхода и длины поглощения (расстояния, на котором световой поток уменьшается в е раз) использовались в счетчиках с большими размерами. После того как счетчики были собраны, они были проверены на светодиодах и с помощью радиоактивного источника. Затем счетчики с минимальными величинами выходного сигнала были проверены на космических мюонах с целью определения для них числа фотоэлектронов, образующихся при регистрации минимально-ионизирующей частицы (М1Р). Тест показал, что число фотоэлектронов от М1Р > 70. Это обеспечивает высокую эффективность регистрации мюонов (> 0.99).

Заранее на тестовом пучке 125 ГэВ/с в Фермилабе были проведены исследования с прототипом счетчика. На рис. 4 представлена зависимость эффективности регистрации и временного разрешения счетчиков от высокого напряжения для счетчиков трех размеров: "больших" — 60x106 см2, "типичных" — 24x34 см2 и "маленьких" — 17x24 см2. Порог регистрации для этих счетчиков был установлен на уровне 10 мВ. Измеренные эффективности и временные разрешения показывают, что максимальная эффективность регистрации превосходит 99.9%, а временное разрешение в зависимости от размера счетчика варьируется от 0.5 до 1 не.

Для каждой высоковольтной группы выбирались счетчики по возможности с близкими значениями сигналов, и к ним подбирались фотоумножители с близкими значениями высокого напряжения. Для

больших по размеру счетчиков с учетом оставшихся в наличии ФЭУ выбирались фотоумножители с большими значениями спектральной чувствительности, коэффициента усиления, эффективности фотокатода и с большими значениями высокого напряжения, чтобы обеспечить оптимальную эффективность регистрации и временное разрешение (см. рис. 4). Собранные счетчики после перевозки во ФНАЛ были протестированы с помощью радиоактивного источника Эг90.

15

4.5

4.0

^3.5 сп с

"^3.0 о

г 2.5 о

V)

£2.0 щ

£ 1.5 Р

1.0

0.5

0.0 12

Рис. 4. Зависимость временного разрешения и эффективности регистрации сцинтилляциониых счетчиков различного размера от высокого напряжения.

В третьей главе описаны методы мониторирования и калибровок сцинтилляционных счетчиков от светодиодов и на ускорительных мюонах, необходимые для контроля стабильности их характеристик [1]. Описаны также методика и результаты исследования стабильности работы передней мюонной системы с использованием одиночных мюонов. Точная информация о времени появления сигналов со сцинтилляционных счетчиков важна для эффективной работы мюонных триггеров, измерений времени пролета частиц и эффективного подавления фонов, вызванных, в основном, наличием "гало" протонного и антипротонного пучков. Стабильный амплитудный от-

00 1400 1600 1800 2000 2200

Т"

л

т

ЕАгаепсу

Атр-о-о-п- - -й- - -о - -6- - -6

Пте ВеБоЫюп

I I I I I . I I I

00 1400 1600 1800 2000 2200

НюЬ УоИаде (УоИэ)

1.125 1.000 0.875 0.750

0.625 § 'о

0.500 ?=

0.375 0.250 0.125 0.000

клик обеспечивает высокую эффективность регистрации мюонов и низкую чувствительность к шумам. Для мониторирования стабильности временных сигналов, коэффициентов усиления фотоумножителей и стабильности электроники была разработана светодиодная система калибровки. Светодиоды освещают фотоумножители световыми импульсами, схожими по амплитуде и форме с импульсами сигналов от прохождения мюонов.

Система состоит из 48 модулей, каждый из которых закреплен на плоскости соответствующего октанта сцинтилляционного детектора. Каждый счетчик подключен к своему каналу электронного модуля ЭРЕ. В этом модуле происходит оцифровка сигналов с ФЭУ.

Рис. 5. Схема модуля системы светодиодной калибровки.

Схема одного модуля системы светодиодной калибровки пред-1 ставлена на рис. 5. Генератор светодиода, обозначенный на рисунке как LED Driver Board (LDB), формирует импульсы тока для запуска светодиода (LED Block). Используются синие светодиоды NSPB320BS фирмы Nichia America Corporation, поскольку их спектр излучения близок к спектрам поглощения сместителей сцинтилляци-онных счетчиков и фотокатода ФЭУ. Для обеспечения однородности излучения световой импульс, сгенерированный светодиодом, проходит два модуля смешивания света (Mixing Block 1, 2 на рис. 5). За первым из этих модулей для мониторирования стабильности светодиода размещен кремниевый пин-диод Hamamatsu S6775. Второй модуль служит для дальнейшего смешивания света посредством полного внутреннего отражения. Пройдя модули смешивания, световые

импульсы разделяются в волоконном модуле (Fiber Block) и далее по раздельным световым волокнам распространяются в каждый из 96 счетчиков данного октанта.

Светодиодная система успешно использовалась для тестирования счетчиков во время их сборки и продолжает использоваться для мониторирования работы счетчиков во время набора данных. Примерно раз в год проводится полная светодиодная калибровка всех счетчиков для проверки стабильности их работы. Впервые эта процедура была проведена в мае 2001 г. Полученные тогда результаты стали реперными для всех последующих калибровок. Результаты светодиодной калибровки для 2008 г. представлены на рис. 6.

Л(200а)/А(2001) |(20С8)-Г(2а01). rs

Рис. 6. Результаты калибровки 2008 г. (в сравнении с 2001 г.): а) отношение амплитуд А(2008)/А(2001); Ь) разность времен Т(2008)-Т(2001).

На рис. 6а показано распределение амплитудных отношений для всех счетчиков. Среднее значение амплитудного отношения составило 0.94 при а фита Гауссианом 0.12.

Для оценки временной стабильности работы счетчиков среднее время сигнала с ФЭУ для каждого счетчика данных 2001 г. вычиталось из соответствующего значения для 2008 г. Среднее время сигналов с ФЭУ измеряется при каждом считывании и представляет собой время от сигнала "пересечения пучков" до момента достижения сигналом с ФЭУ уровня порога дискриминации (7 мВ). Среднее значение разности времен составило -0.075 не с а распределения отклонений 0.55 не (рис. 6Ь).

^1.3

з

3 1 7

с"

5:1.1

5

! 1

с

0.9 0.8 0.7

<0

' • • • • • 1

• 1 , , 1 , т 4 2

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Уеаг

2001

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2003 2009

Уеаг

Рис. 7. Изменения параметров амплитудных распределений за семь лет.

а) Изменения средних отношений амплитуд. Статистические ошибки измерений меньше размера точек. При фитнровании данных прямой максимальное отклонение составляет 4.2%. Ь) Изменения а распределения отклонений. Первая точка на обоих рисунках — реперная.

На рис. 7 и 8 представлены результаты светодиодной калибровки за семь лет работы: средние отношения амплитуд (рис. 7) и средние значения разности времен (рис. 8), а также максимальные отклонения от фита прямой линией. Первая точка на каждом графике соответствует реперному набору данных 2001 г. Рис. 7 показывает, что среднее значение амплитудного отношения стабильно в пределах 4.2% с максимальной а по всем счетчикам 11.6%. Рис. 8 демонстрирует хорошую стабильность сигналов во времени в пределах 0.23 не с максимальным а 0.62 не. Эта величина (0.23 не) отражает, в основном, стабильность процедуры калибровки. Реальная стабильность счетчиков при работе на Тэватроне составляет около 0.1 не.

Она оказалась даже значительно лучше, чем стабильность сигнала от ускорителя, задающего момент пересечений пучков и начало отсчета времени для детекторов. Изменение а распределений отклонений (рис. 8Ь) характеризует, в основном, стабильность задержки срабатывания светодиода.

и 1

Д 0.8 5 0.6 § 0.4 •f 0.2

Т 0 ¿-0.2 ~-0.4 -0.6 -0.8 -1

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Yeor

и 1

с

С? 0.8

о

о

а. о.б

(у

f 0.4

>-

Ь 0.2

о

£ „ gi 0

in

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Year

Рис. 8. Изменения параметров временных распределений за семь лет.

а) Изменения средних значений разности времен. Статистические ошибки измерений меньше размера точек. При фитировашш данных прямой максимальное отклонение составляет 0.23 не. Ь) Изменения а распределения отклонений. Первая точка на обоих рисунках — репериая.

Для мониторирования стабильности работы системы сцинтилля-ционных счетчиков также была разработана процедура калибровки сцинтилляционных счетчиков на мюонах, образовавшихся в результате протон-антипротонных столкновений в ходе второго сеанса эксперимента DO. В отличие от калибровки на светодиодах при этом проверяются не только стабильность работы фотоумножителей и электроники, но и сцинтиллятора и переизлучателей спектра, т.е. полностью имитируются рабочие сигналы сцинтилляционных счет-

Г о)

i0-23 ns

- т • • [ I I , 1 , , • •

чпков, возникающие при прохождении через них заряженных частиц. К тому же этот ши калибровки позволяет отслеживать старение сциитилляторэ.

Амплитуды сигналов со счетчиков при прохождении через них заряженных частиц измеряются в ходе набора статистики, причем следить за ними можно в режиме реального времени с помощью специального пакета пшо-ехатше. Амплитудные распределения для всех 4704 каналов БРЕ (количество каналов электроники превышает число счетчиков, равное 4214) представлены в логарифмическом масштабе на рис. 9а и в линейном — на рис. 9Ь.

Рис. 9. Амплитудные распределения для всех 4704-х каналов ЭРЕ (данные

2002 г.): а) в логарифмическом масштабе; Ь) в линейном масштабе.

Пик в районе 40 отсчетов АЦП соответствует пьедестальным значениям всех задействованных каналов электроники, а в районе 165 отсчетов АЦП наблюдается пик от минимально ионизирующих частиц (М1Р). Так же, как и при калибровке на светодиодах, из-за мультиплексорного измерения в одном событии считывается амплитуда только для одного из 16 счетчиков данной высоковольтной группы. Для накопления статистики для каждого из 4214 счетчиков требуется очень большое время, что делает практически невозможным поканальную калибровку всех счетчиков. В связи с этим амплитудная калибровка производилась по октантам.

Для выборки мюонных событий из данных была разработана процедура, использующая корреляцию срабатываний счетчиков в различных слоях мюонной системы. Обрабатывались только собы-

600 ADC counts

О)

тия, при которых были зарегистрированы срабатывания счетчиков в каждом из трех слоев (А, В, С) какой-либо половины (южной или северной) системы в соседних счетчиках октантов с одинаковыми номерами. Соседним для данного счетчика считался тот, который отличается от него не более чем ±1 по последней цифре порядкового номера и не более чем на ±2 по номеру ряда, в котором он находится. Информация, касающаяся этих срабатываний (номер сработавшего счетчика, амплитуда, пьедестал и время срабатывания), использовалась в дальнейшей обработке.

Описанная процедура впервые была применена на практике в 2002 г. и далее проводилась ежегодно, начиная с 2004 г. Амплитудные распределения сигналов от мюонов, выделенных в 2002 и 2008 гг. по приведенной выше методике срабатывания, представлены на рис. 10. Несмотря на то, что критерии отбора по времени не применялись, амплитудное распределение показывает, что > 98% выделенных таким образом мюонов имеют амплитуды, соответствующие энергии минимально ионизирующей частицы. Рис. 10 также демонстрирует однородность сигнальных амплитуд и подтверждает разумность выбора порога дискриминации для набора статистики во втором сеансе на уровне 7 мВ, что соответствует 25 каналам АЦП.

Рис. 10. Амплитудные распределения сигналов от мюонов, выделенных по методике срабатывания, для всех 4214 счетчиков для а) 2002 г. и Ь) 2008 г.

Изменение отношения амплитуд за 5.5 лет, формула фита прямой линией и параметры фита представлены на рис. 11 Как видно из рисунка, старение всей системы счетчиков в комплексе составляет не более 1.5% за год (Р2— -0.0144 на рис. И), что обеспечивает долгосрочную работу системы.

^1.3

ом

0

8 1-2

|1.1

1 1

О

¿0.9

CL

е о.з

<

°'2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Year

Рис. 11. Изменение отношения амплитуд за 5.5 лет. Р1 и Р2 — параметры фита прямой линией.

Около 15 счетчиков (из 4214) вышли из строя в первые три года работы установки во втором сеансе по причине поломки делителя пли ФЭУ. Все они были успешно починены. Впоследствии число неработающих счетчиков снизилось до 1-2 в год.

Временные распределения сигналов со ецпнтилляционных счетчиков от ускорительных мюонов представлены на рис. 12. Временное распределение событий, прошедших триггер "minimum bias" (триггер на наличие хотя бы одного взаимодействия в данном пересечении банчей). имеет широкий пик, идущий от 0 до ~70 не (рис. 12а) в основном из-за фоновых частиц, которые попадают в счетчики позже мюонов. Информация о событиях, произошедших в границах фиксированных временных ворот, пересылается на мюонный триггер первого уровня L1. Распределение для таких событий представлено на рис. 12Ь, на котором уже виден четкий мюонный пик в районе 0 не с небольшим количеством фона. Временное распределение для мюонов, выделенных по методике срабатывания, представлено на рис. 12с.

Amp(Yeor)/Amp(2002)=P1 +P2*Year

P1 =29.92 ± 0.03 Р2=-0.1442Е-01 ± ОЛЕ—04

Эта методика позволяет практически полностью избавиться от фоновых частиц и получить пик с временным разрешением сгт = 2.2 — 2.4 не. Результаты, представленные на рис. 12, демонстрируют высокую эффективность работы триггерпых сцинтилляционных счетчиков передней мюонной системы эксперимента БО.

Time (ns)

50 100 Time (ns)

reconstructed muons

50 100 Time (ns)

Рис. 12. Временные распределения сигналов от ускорительных мюонов со всех 4214 счетчиков для а) триггера "minimum bias"; b) мюонного триггера первого уровня L1; с) мюонов, выделенных по методике срабатывания.

Высокая стабильность временных характеристик сцинтилляционных счетчиков передней мюонной системы позволяет использовать средние значения их временных распределений для мониторирова-ния стабильности сигнала от ускорителя, задающего момент пересечений пучков и начало отсчета времени для детекторов, в пределах 1.2 — 1.4 не и для компенсации сезонных изменений сигналов в длинном волокне, используемом для передачи временного сигнала.

Для мониторирования стабильности работы всей передней мюонной системы (сцинтилляционные счетчики и мини-дрейфовые трубки МДТ) в комплексе с работой мюонных триггеров и программы реконструкции используется процедура, основанная на измерении выходов одиночных мюонов. Каждые 1-2 месяца происходит набор ~100—150 тысяч событий, прошедших мюонный триггер первого уровня "ти1р1хаих", который позволяет регистрировать одиночный мюон, используя информацию как с триггерных счетчиков, так и

с МДТ. Эти события далее обрабатываются с использованием программы реконструкции последней рабочей версии. После этого на реконструированные события накладываются определенные условия отбора, описанные в диссертации. В конечном итоге, количество реконструированных мюонов делится на величину интегральной светимости за время набора данных. Таким образом определяется величина мюонного выхода Yield = N^orw/Lum. В идеальном случае эта величина должна быть постоянной. Измерения выходов мюонов в зависимости от светимости и контроль за их стабильностью позволили, совместно с другими данными, обнаружить и устранить неточности в измерениях светимости.

Результаты, полученные за последние два года, в течение которых использовался усовершенствованный метод расчета светимости, представлены на рис. 13. Они демонстрируют стабильную работу передней мюонной системы за этот период в пределах 1%. На таком же уровне (1%) работа системы стабильна в зависимости от светимости для диапазона светимости (0.5 — 2.5) х 1032см~2сек-1.

1 Single Muon Yields from July 2006 to June 2008. j 4.7

4.6

4.5

XI

zi.

2 4.4

a>

>

4.3 4.2 4.1

Рис. 13. Результаты определения выходов мюонов за 2006-2008 гг.

: ........Fit |4..40..r 0.01) : b.............

:

: { т 1, Ф „ () >

: 1 fl e T

;

2006 2 007 i , 2008

Jul/02 Oct/O1 Dec/31 Apr/02 Jul/02 OcM31 Jan/01 Apr/01 Jul/01 Date

В четвертой главе описано, как созданная передняя система из 4214 сцинтиляционных счетчиков использовалась по своему главному назначению, а именно, для триггирования взаимодействий протонов с антипротонами с образованием мюонов [3]. Новая триггерная система для второго сеанса на Тэватроне состоит из трех уровней. На каждом последующем уровне анализируется меньшее количество событий, чем на предыдущем, но при этом проводится анализ более сложный и более детальный. Результатом работы чисто электронного триггера первого уровня (L1) является поток данных с частотой 2 кГц. Около 50% событий, прошедших мюонный триггер первого уровня, дает мюон, реконструированный в режиме off-line.

На втором уровне (L2) электроника с уже встроенными микропроцессорами, связанными с определенными детекторами установки DO, передает информацию в .глобальный процессор, где положительное решение триггера вырабатывается как с учетом отдельных объектов, так и их корреляций. Триггер L2 уменьшает поток данных для дальнейшего анализа вдвое, до уровня 1 кГц. Дополнительная режекция от триггера второго уровня дает возможность записывать данные передней мюонной системы на ленты с чистотой 80% и эффективностью 90%, обусловленной, в основном, геометрической эффективностью МДТ.

События, получившие положительное решение после триггеров L1 и L2, передаются на ферму микропроцессоров, где происходит уже гораздо более утонченный и сложный анализ данных, который вырабатывает положительное решение триггера третьего уровня (L3). При этом поток событий уменьшается до 50 Гц. Эти события записываются на архивные носители для последующего физического анализа данных off-line.

Трехуровневая триггерная система мюонных детекторов установки DO с заметным использованием информации с созданной системы сцинтилляционных счетчиков успешно и надежно отработала в течение более семи лет второго сеанса на Тэватроне и дала возможность провести уникальные физические исследования.

В пятой главе приведен один из важнейших физических результатов эксперимента DO, для получения которого существенно

использовалась информация с системы сцинтилляционных счетчиков, а именно открытие странного каскадного Щ бариона [4].

Работа мюонного детектора эксперимента БО во втором сеансе показывает, что цели, поставленные перед усовершенствованной установкой, были достигнуты. Распределение инвариантной массы мюонной пары, соответствующей интегральной светимости в 0.20 фб-1, представленное на рис. 14, демонстрирует отличные возможности по триггировашпо и идентификации мюонов с помощью мюонного детектора.

N 60000

о

^ 50000

§

о 40000

И 30000

С

£ 20000

И

10000

2 4 6 8 10 12

2

Invariant (¡J.+ ¡Г) mass [GeV/c ]

Рис. 14. Распределение инвариантной массы мюонной пары, соответствующей интегральной светимости в 0.20 фб-1.

В 2007 г. эксперимент DO объявил о первом прямом наблюдении странного каскадного бариона в полностью реконструированной эксклюзивной моде распада. Был обнаружен распад S^" —■> J/гр где J/V —* —> Атт" и А —> р . Физический анализ данных

основан на статистике, набранной на установке D0 в 2002-2006 гг. при энергии протон-антипротонного взаимодействия в системе центра масс 1.96 ТэВ с интегральной светимостью 1.3 фб-1. Наиболее важными детекторами для регистрации странного каскадного бариона являлись центральная трековая система и мюонный спектрометр. Именно система сцинтилляционных счетчиков мюонного спектрометра вырабатывала триггер на два мюона, где "золотая" мода распада J/ф —> /л+¡jl~~ образовывала ансамбль очень редких событий типа В

—> Л/ф X. при анализе которых и был обнаружен странный каскадный барион Е6~. В результате было найдено 15.2 ±4.4 (стат. ошибка) ^¿4 (сист. ошибка) кандидатов в с массой 5.774 ± 0.011 (стат. ошибка) ± 0.015 (сист. ошибка) ГэВ.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы:

1. При значительном вкладе диссертанта в ГНЦ ИФВЭ создан триггерный детектор передней мгоониой системы на основе 4214 сцинтилляционных счетчиков с полной площадью сцин-тиллятора ~450 м2 для эксперимента Б0 на ускорителе Тэва-трон (Фермилаб, Батавия, США). Детектор такого масштаба впервые используется в коллайдериых экспериментах.

2. Для работы установки Б0 во втором сеансе при возросшей более чем на порядок светимости Тэватрона созданный триггерный детектор должен был иметь высокое временное разрешение. Разброс временных сигналов детектора со всех счетчиков составил не более 2.5 не, что полностью удовлетворило этим требованиям.

3. Высокая стабильность временных характеристик созданного детектора позволяет отслеживать и компенсировать температурные изменения импульса синхронизации от Тэватрона, задающего начало отсчета времени для всех детекторов Б0.

4. Разработана методика калибровки детектора, основанная на измерении отклика счетчиков на прохождение через них мюо-нов, образованных в протон-антипротонных столкновениях на ускорителе Тэватрон.

5. Представлены результаты калибровок на светодиодах и на ускорительных мюонах. Старение всей системы счетчиков составляет не более 1.5% в год, что обеспечивает ее долгосрочную работу.

6. Представлены результаты мониторирования стабильности передней мюонной системы с использованием выходов одиночных мюонов. Система стабильна в пределах 1% во времени и в диапазоне светимости (0.5 — 2.5) х 1032см-2сек-1.

7. Надежная работа в течение более семи лет созданного детектора в триггере эксперимента БО для регистрации редких физических процессов с мюонами в конечном состоянии дала возможность провести уникальные физические исследования. В частности, позволила впервые обнаружить странный каскадный бариоп ((1яЬ) — первую частицу, состоящую из валентных кварков всех трех известных поколений.

Список литературы

[1] В.А. Безчубов, И.А. Васплг.ен, В.If. Евдокимов, В.В. Липаев, А.А.Щукин, И.Н. Чурин, Д.С. Денисов, В.М. Подставков "Калибровка сцнитилляци-онного триггсриого до гсхтора передней мюонной системы эксперимента DO". ПТЭ (2008) Л®1, с. 40-50.

[2] V.M. Abazov, B.S Acliarya, G.D. Alcxcev, G. Alkhazov, V.A. Anosov, B. Baldin, S. Bancrjce, O. Baidon, .T.F. Bartlett, M.A Baturitsky, D Bcutcl, V.A Bezzubov, V. Bodyagm, .I.M Butler, If. Cease, E. Chi, D. Denisov, S.P. Denisov, H.T. Dichl, S. Douias, S.R. Dugad, O.V. Dvornikov, A. Dyshkant, M. Eads, A. Evdokimov, V N. Evdokimov, T Fitzpatvick, M. Foitner, V. Gaviilov, Y. Gershtein, V. Golovtsov, B. Gomez, Д. Goodwin, Yu A. Gornushkin, D.R Green, A. Gupta, S.N. Gurzhiev, G. Gutierrez. H Haggerty, P H.tnlet, S. Hansen, E. Hazen, D. Hedm, B. Hoeneisen, A S. Ito R .Jayanti, K. Johns, N .Touravlev, A.M. Kalinin, S D. Kalmani, Y N Kharzhccv, N. Kirsch, E.V. Komissarov, V.M. Korablev, A. Kostritsky, A.V. Kozelov, M. Kozlovsky, N.P. Kravchuk, M.R. Krishnaswamy, N A. Kuchnibky, S. Kuleshov, A. Kupco, M Larwill, R. Leitner, V.V. Lipaev, A. Lobodenko, M. Lokajicek, H.J. Lubatti, E. Machado, M Maity, V.L. Malyshev, H S. Mao, M. Marcus, T. Marshall, A.A. Mayorov, R. McCroskey, Y.P. Merekov, V.A. Mikhailov, N. Mokhov, N.K. Mondal, P. Nagaraj, V.S. Naiasimham, A. Narayanan, J.P. Negret, P. Ncustroev, A.A. Nozdrin, B. Oshmowo, N. Parashar, N. Parua, V.M. Podstavkov, P. Polozov, S.Y Porokhovoi, I.K. Prokhorov, M.V.S. Rao, J. Raskowski, L.V Reddy, T. Regan, C. Rotolo, N.A. Russakovich, B.M. Sabirov, B. Satyanarayana, Y. Scheglov, A.A. Schukin, H.C. Shankar, A.A. Shishkin, D. Shpakov, M. Shupe, V. Simak, V. Sirotenko, G. Smith, K. Smolek, K. Soustruznik, A. Stefanik, J. Steinberg, V. Stolin, D.A. Stoyanova, L. Stutte, J. Temple, N. Terentyev, V.V. Teterin, V.V. Tokmenin, D. Tompkins, L. Uvarov, S. Uvarov, I.A. Vasilyev, L.S. Vertogradov, P.R. Vishwanath, A. Vorobyov, V.B. Vysotsky" H. Willutzki, M. Wobisch, D.R. Wood, R. Yamada, Y.A. Yatsunenko, F. Yoffe, M. Zanabria, T. Zhao, D. Zieminska, A. Zieminski, S.A. Zvyagintsev. "The muon system of the Run II DO detector", Nucl. Instr. and Methods in Physics Research A 552 (2005) p.p. 372-398.

[3] V.M. Abazov, B. Abbott, M. Abolins, B.S. Acharya, D.L. Adams, M. Adams, T. Adams, M. Agelou, J.-L. Agram, S.N. Ahmed, S.H. Ahn, M. Ahsan, G.D Alexeev, G. Aikhazov, A. Alton, G. Alverson, G.A. Alves, M. Anastasoaie, T. Andeen, J.T. Anderson, S. Anderson, B. Andrieu, R. Angstadt, V Anosov, Y. Arnoud, M. Arov, A. Askew, B. Asman, A.C.S. Assis Jesus, 0. Atrainentov, C. Autermann, C. Avila, L. Babukhadia, T.C. Bacon, F. Badaud, A. Baden, S. Baffioni, L. Bagby, B. Baldin, P.W. Balm, P. Banerjee, S. Banerjee, E. Barberis, O. Bardon, W. Barg, P. Bargassa, P. Baringer, C. Barnes, J. Barreto, J.F. Bartlett, U. Bassler, M. Bhattacharjee, M.A. Baturitsky, D. Bauer, A. Bean, B. Baumbaugh, S. Beauceron, M. Begaiii, F. Beaudette, M. Begel, A. Bellavance, S.B. Beri, G. Bernardi, R. Bernhard, I. Bertram, M. Besancon, A. Besson, R. Beuselinck, D. Beutel, V.A. Bezzubov, P.C. Bhat, V. Bhatnagar, M. Binder, C Biscarat, A. Bishoff, K.M. Black, I. Blackler, G. Blazey, F. Blekman, S. Blessing, D. Bloch, U. Blumenschein, E. Bockenthien, V. Bodyagin, A. Boehnlein, O. Boeriu, T.A. Bolton, P. Bonamy, D. Bonifas, F. Borcherding, G. Borissov, K. Bos, T. Bose, C. Boswell, M. Bovvden, A. Brandt, G. Briskin, R. Brock, G. Brooijmans, A. Bross, N.J. Buchanan, D. Buchholz, M. Buehler, V. Buescher, S. Burdin, S. Burke, T.H. Burnett, E. Busato, C.P. Buszello, D. Butler, J.M. Butler, J. Cammin, S. Caron, J. Byst.ricky, L. Canal, F. Canelli, W. Carvalho, B.C.K. Casey, D. Casey, N.M. Cason, H. Castilla-Valdez, S. Chakrabarti, D. Cliakraborty, K.M. Chan, A. Chandra, D. Chapin, F. Charles, E. Cheu, L. Chevalier, E. Chi, R. Chiclie, D.K. Cho, R. Choate, S. Choi, B. Choudhary, S. Chopra, J.H. Christenson, T. Christiansen, L. Christofek, I. Cliurin, G. Cisko, D. Claes, A.R. Clark, B. Clement, C. Clement, Y. Coadou, D.J. Colling, L. Coney, B. Connolly, M. Cooke, W.E. Cooper, D. Coppage, M. Corcoran, J. Coss, A. Cothenet, M.-C. Cousinou, B. Cox, S. Crepe-Renaudin, M. Cristetiu, M.A.C. Cummings, D. Cutts, H. da Motta, M Das, B. Davies, G. Davies, G.A. Davis, W. Davis, K. De, P. de Jong, S..J. de Jong, E. De La Cruz-Burelo, C. De La Taille, C. De Oliveira Martins, S. Dean, J.D. Degenhardt, F. Deliot, P.A. Delsart, K. Del Signore, R. DeMaat, M. Demarteau, R. Demina, P. Demine, D. Denisov, S.P. Denisov, S. Desai, H.T. Diehl, M. Diesburg, M. Doets, M. Doidge, H. Dong, S. Doulas, L.V. Dudko, L. Duflot, S.R. Dugad, A. Duperrin, O. Dvornikov, J. Dyer, A. Dyshkant, M. Eads, D. Edmunds, T. Edwards, J. Ellison, J. Elmsheuser, J.T. Eitzroth, V.D. Elvira, S. Eno, P. Ermolov, O.V. Eroshin, J. Estrada, D. Evans, H. Evans, A. Evdokimov, V.N. Evdokimov, J. Fagan, J. Fast, S.N. Fatakia, D. Fein, L. Feligioni, A.V. Ferapontov, T. Ferbel, M.J. Ferreira, F. Fiedler, F. Filthaut, W. Fisher, H.E. Fisk, I. Fleck, T. Fitzpatrick, E. Flattum, F. Fleuret, R. Flores, J. Foglesong, M. Fortner, H. Fox, C. Franklin, W. Freeman, S. Fu, S. Fuess, T. Gadfort, C.F. Galea, E. Gallas, E. Galyaev, A4. Gao, C. Garcia, A. Garcia-Bellido, J. Gardner, V. Gavrilov, A. Gay, P. Gay, D. Gele, R. Gelhaus, K. Genser, C.E. Gerber, Y. Gershtein, D. Gillberg, G. Geurkov, G. Ginther, B. Gobbi, K. Goldmann,T. Golling, N. Gollub, V. Golovtsov, B. Gomez, G. Gomez, R. Gomez, R. Goodwin, Y. Gornushkin, K. Gounder, A. Goussiou, D. Graham, G. Graham, P.D. Grannis, K. Gray, S. Greder, D.R. Green, J. Green, J.A. Green, H.

Gieenlec, Z.D Greenwood, E.M Grcgores, S. Grinstein, Ph. Gris, J.-F. Grivaz, L Groei, S. Giunendahl, M W. Grunewald, W. Gu, J. Guglielmo, A. Gupta, S.N Gurzhiev, G. Gutierrez, P. Gutierrez, A. Haas, N.J Hadley, E. Haggard, H. Haggcrty, S Hagopian, I. Hall, R.E. Hall, C Han, L. Han, R Hance, K. Hanagaki, P. Hanlet, S. Hansen, K. Harder, A. Hard, R. Harrington, J.M. Hauptman, R. Häuser, C. Hays, J. Hays, E. Hazen, T. Hebbeker, C. Hebert, D. Hedm, J.M. Heinmillcr, A P Heinson, U. Hcmtz, C. Iieusel, G. Hesketh, M.D Ilildreth, R. Hiroskv, J.D. Hobbs, B. Iloeneisen, M. Hohlfeld, S.J. Hong, R. Hooper, S. Hou, P. Houben, Y. Hu, J. Huang, Y. Huang, V. Hvnek, D. Huffman, I. Iashvili, R Illmgworth, A S. Ito, S. Jabcen, Y. Jacquier, M. JafFre, S. .Jairi, V Jain, K. Jakobs, R. Jayanti, A. Jenkins, R. Jesik, Y. Jiang, K. Johns, M. Johnson, P. Johnson, A. Jonckhoere, P. Jonsson, II. Jostirin, N. Jouravlev, M. Juarez, A. Juste, A.P. Kaan, M.M Kado, D Käfer, W. Kahl, S Kahn, E. Kajfasz, A.M. Kalinin, J. Kalk, S.D. Kalmani, D. Karinanov, J. Kasper, I. Katsanos, D Kau, R. Kaur, Z Ke, R Kehoe, S. Kerimche, S. Kesisoglou, A. Khanov, A. Kharclnlava, Y.M. Khaizheev, H Kim, K II. Kim, T.J. Kim, N Kirsch, B. Klima, M. Klute, J.M. Kohli. J.-P. Konrath, E.V Koinissarov, M. Kopal, V.M. Koiablev, A. Ivostritski, J. Kotclier, B. Ivothari, A.V. Kotwal, A Koubarovsky, A.V. Kozelov, J. Kozminski, A. Krycmadhi, 0. Kouznetsov, J. Krane, N. Kravchuk, K. Krempetz, J. Krider, M R Krishnaswamy, S Kizywdzmski. M. Kubantsev, R. Kubinski, N. Kuchinsky, S. Kuleshov, Y. Kulik, A. Kumar, S. Kunori, A. Kupco, T. Kuica, J. Kvita, V.E. Kuznelsov, R. Kwarcianv, S. Lager, N. Lahrichi, G. Landsberg, M. Larwill, P. Laurens, B. Lavigne, J. Lazoflores, A.-C Le Bihan, G. Le Meur, P. Lebrun, S.W. Lee, W.M. Lee, A. Leilat, C. Leggett, F. Lehner. R. Leitner, C Leonidopoulos, .J. Leveque, P Lewis, J. Li, Q.Z. Li, X. Li, J.G.R. Lima, D. Lincoln, C. Lindenmeyer, S.L Linn, J. Linnemann, V.V. Lipaev, R. Lipton, M. Litmaath, J. Lizarazo, L. Lobo. A. Lobodenko, M. Lokajicek, A. Lounis, P. Love, J. Lu, H.J Lubatti, A. Lucotte, L. Lueking, C. Luo, M. Lynker, A.L. Lyon, E. Machado, A.K.A. Maciel, R.J. Madaras, P. Mattig, C. Magass, A. Magerkurth, A.-M. Magnan, M. Maity, N. Makovec, P.K. Mal, H.B. Malbouisson, S. Malik, V.L. Malyshev, V. Manakov, HS Mao, Y. Maravin, D. Markley, M. Markus, T. Marshall, M. Martens, M. Mai tin, G. Martin-Chassard, S.E.K. Mattingly, M. Matulik, A.A. Mayorov, R. McCarthy, R. McCroskey, M. McKenna, T. McMahon, D. Medcr, H.L. Melanson, A. Melnitchouk, A. Mendes, D. Mendoza, L. Mendoza, X. Meng, Y.P. Merckov, M. Merkin, K.W. Merritt, A. Meyer, J. Meyer, M. Michaut, C. Miao, H. Miettinen, D. Mihalcea, V. Mikhailov, D. Miller, J. Mitrevski, N. Mokliov, J. Molina, N.K. Mondal, H.E. Montgomery, R.W. Moore, T. Moulik, G.S. Muanza, M. Mostafa, S. Moua, N. Mokhov, M. Mulders, L. Mundim, Y.D. Mutaf, P Nagaraj, E. Nagy, M. Naimuddin, F. Nang, M. Narain, V.S. Narasimhan, A. Narayanan, N.A. Naumann, H.A. Ncal, J.P Negret, S. Nelson, R.T. Neuenschwander, P. Neustroev, C. Noedmg, A. Nomerotski, S.F. Novaes, A. Nozdrin, T .Numiemann, A. Nurczyk, E. Nurse, V. O'Dell, D.C. O'Neil, V. Oguri, D. Olis, N. Oliveira, B. Olivier, J. Olsen, N. Oshima, B.O. Oshinowo, G.J. Otero y Garzon, P. Padley, K. Papageorgiou,

N. Parashar, J. Park, S.K. Park, J. Parsons, R Partridge, N. Parua, A Patwa, G. Pawloski, P.M. Pcrea, E. Perez, O. Peters, P. Petroff, M. Petteni, L. Phaf, R. Piegaia, M.-A. Pleier, P.L.M. Podesta-Lerma, V.M. Podstavkov, Y. Pogorelov, M.-E. Pol, A. Pompos, P. Polosov, B.G. Pope, E. Popkov, S. Porokhovoy, W.L. Prado da Silva, W. Pritchard, I. Prokhorov, H.B. Prosper, S. Protopopescu, M.B. Przybycien, J. Qian, A. Quadt, B. Quinn, E. Ramberg, R. Ramirez-Gomez, K.J. Rani, K. Ranjan, M.V.S. Rao, PA. Rapidis, S. Rapisarda, J. Raskowski, PN. Ratoff, R.E Ray, N.W. Reay, R. Rechenmacher, L.V. Reddy, T. Regan, J.-F. Renardy, S. Reucroft, J. Rha, M. Ridel, M. Rijssenbeek, I. Ripp-Baudot, F. Rizatdinova, S. Robinson, R.F. Rodrigues, M. Roco, C. Rotolo, C. Royon, P. Rubinov, R. Ruchti, R. Rucinski, V.l. Rud, N. Russakovich, P. Russo, B. Sabirov, G. Sajot, A. Sanchez-Hernandez, M.P. Sanders, A. Santoro, B. Satyanarayana, G. Savage, L. Sawyer, T. Scanion, D. Schaile, R.D. Schamberger, Y. Scheglov, H. Schellman, P. Schieferdccker, C. Schmitt, C. Schwanenberg«', A. Schwartzman, R. Schwienhorst, S. Sengupta, H. Severini, E. Shabalina, M. Shamim, H.C Shankar, V. Shary, A.A. Shchukin, P. Sheahan, W.D. Shephard, R.K. Slnvpuri, A.A. Shishkin, D. Shpakov, M. Shupe, R.A. Sidwell, V. Simak, V, Sirotenko, D. Skow, P. Skubic, P. Slattery, D.E. Smith, R.P. Smith, K. Smolek, G.R. Snow, J. Snow, S. Snyder, S. Soldner-Rembold, X. Song, Y. Song, L. Sonnenschein, A. Sopczak, V. Sorin, M. Sosebee, K. Soustruznik, M. Souza, N. Spartana, B. Spurlock, N R. Stanton, J. Stark, J. Steele, A. Stefanik, J. Steinberg, G. Steinbruck, K. Stevenson, V. Stohn, A. Stone, D A. Stoyanova, J. Strandberg, M.A. Strang, M Strauss, R. Strohmer, D. Strom, M. Strovink, L. Stutte, S. Sumowidagdo, A. Sznajder, M. Talby, S. Tentindo-Repond, P. Tamburello, W. Taylor, P. Telford, J. Temple, N. Terentyev, V. Teterin, E. Thomas, J. Thompson, B. Thooris, M. Titov, D. Toback, V.V. Tokmenin, C. Tolian, M. Tomoto, D. Tompkins, T. Toole, J. Torborg, F. Touze, S. Towers, T. Trefzger, S. Trincaz-Duvoid, T.G. Trippe, D. Tsybychev,

B. Tuchming, C. Tully, A.S. Turcot, P.M. Tuts, M. Utes, L. Uvarov, S. Uvarov, S. Uzunyan, B. Vachon, P.J. van den Berg, P. van Gemmeren, R. Van Kooten, W.M. van Leeuwen, N. Varelas, E.W. Varnes, A. Vartapetian, I.A. Vasilyev, M. Vaupel, M. Vaz, P. Verdier, L S. Vertogradov, M. Verzocchi, M. Vigneault, F. Villeneuve-Seguier, P.R. Vishwanath, J.-R. Vlimant, E. Von Toerne, A. Vorobyov, M. Vreeswijk, T. Vu Anh, V. Vysotsky, H.D. Wahl, R. Walker, N. Wallace, L. Wang, Z.-M. Wang, J. Warchol, M. Warsinsky, G. Watts, M. Wayne, M. Weber, H. Weerts, M. Wegner, N. Wermes, M. Wetstein, A. White, V. White, D. Whiteson, D. Wicke, T. Wijnen, D.A. Wijngaarden, N. Wilcer, H. Willutzki, G.W. Wilson, S.J. Wimpenny, J. Wittlin, T. Wlodek, M. Wobisch, J. Womersley, D.R. Wood, T.R. Wyatt, Z. Wu, Y. Xie, Q. Xu, N. Xuan, S. Yacoob, R. Yamada, M. Yan, R. Yarema, T. Yasuda, Y.A. Yatsunenko, Y. Yen, K. Yip, H.D. Yoo, F. Yoffe, S.W. Youn, J. Yu, A. Yurkewicz, A. Zabi, M. Zanabria, A. Zatserklyaniy, M. Zdrazil,

C. Zeitnitz, B. Zhang, D. Zhang, X. Zhang, T. Zhao, Z. Zhao, H. Zheng, B. Zhou, B. Zhou, J. Zhu, M. Zielinski, D. Zieminska, A. Zieminski, R. Zitoun, T. Zmuda, V. Zutshi, S. Zviagintsev, E.G. Zverev, A. Zylberstejn.

"The Upgraded DO Detector", Nucl. Instr and Methods Л565 (20П6) p.463.

[1] V M. Atwov. В Abbott, M Abclins, В S Acharya, M. Adams, T. Adams, E. Aguilo, S II. Ahn, M Ahsan, G D. Aicxccv, CI Alkhaxov, A Alton, G. Alvcrson, G. A. Alvc-j, M. Anastasoaie, L. S. Ancu, T. Andeen, S. Aiideison, B. Audncu, M. S Anzclc, Y. Ainond. M Arov, M. Aithaud, A Askew,B. Asinan, A C. S. Assis ■J'ubiis O. Atrainentov. С Autrimaua, C. Avila, G. Ay, F ßadaud, A. Baden, L. Bagby, B. Bahliu, D.V. Bandurin. S. Banerjec, P. Banerjee, E Barbens, A-F. Barhiss, P Bargassa, P Barmger, .). Barrcto, J. F. Bartlett, U. Bassler, D. Bauer, S Beale, A Bean. M Begaiii. M. Bcgel, С Bolanger-Chani])agne, L. Bellantom, A. Bellavaare, J A. Benitcz, S. Ii. Beri, G Bernaidi, 11 Bernhard, L Berntzon, I Benram. M Besancon, В Beuselinck, V. A. Bez/ubov, P C. Bhat, Y Bhatnagar, С Biscarat G. Bla/cy F Blekman, S Blessing, D. Bloch, К. Bloom, A Boehnlem, D Bohne, T A. Bolton, G Bons^ov, K. Bos, T. Bose, A Brandt, R. Brock, G Brooijmans, A Bioss, D Brown, N J Buchanan, D Buchholz, M Buehler, V. Buesther, S. Buidin, S Bmlw, Т. H Burnett, С P. Bus/ello, J. M Butler, P Calfayan, S Calvet, J Caminin, 3 Caron,TvV Carvalho, В С. К Casey, N. M. Cason, II. Castilla-\ aide/, S Chakrabarti, D Chakiaborty К M. Chan. К Chan, A Chandra, F Charles, E. Clieu, F. C'hevalliei, D K. Clio, S. Choi, B. Choudhary. L. Ciinstofek, 'Г. Christoudias, S. Cihangir, D. Claes, С Clement, B. Clement. Y Coadou, ill. Cooke, \V. E. Cooper, M. Corcoian, F. Coudeic, M -C. Cousinou, S Crepe-Renaudm, D Cutts, M.Cwiok, H. da Mot!a, A. Das, G Davies, K. De, S. J do Jong, P. de Jong. E De La Criu-Buiclo, С De Oliveira Martins, J. D. Degenhaidt, F. Dcliot, M. Demarteau, R, Deinina, D Denisov, S P. Denisov, S Desai, H. T. Diehl, M. Diesbuig, A. Dominguez, H Dong, L V Dudko, L Duflot, S. R Dugad, D Duggan, A. Dupeirin, J. Dyer, A Dyshkant, M. Eads, D Edminifls, J Ellison, V D. Elvira, Y. Enuri, S Eno, P. Erinolov, H. Evans, A. Evdoiumov, V N. Evdokimov, A.Y. Ferapontov, T. Ferbel, F. Fiedler, F. Filthaut, W. Fisher, H. E. Fisk, M. Ford, M. Foitner, H. Fox, S. Fu, S. Fucss, T. Gadfort,, C. F Galea, E Gallas, E. Galyaev, C. Garcia, A. Garcia-Bellido, V. Gavrilov, P. Gav,W. Geist, D. Gele, С. E Geiber, Y. Gershtein, D. Gillberg, G Ginther, N Gollub, B. Gomez, A Goussiou, P D Grannis, H. Greenlee, Z. D. Greenwood, E. M. Gregores, G Grenier, Ph. Gris, .T.-F. Grivaz, A. Giohsiean, S. Grunendahl, M\V. Giunewald, J. Gno, F. Guo, P. Gutierrez, G. Gutienez, A. Haas, N. J Hadlcv, P. Haefncr, S. Hagopian, J. Haley, I. Hall, R E. Hall, L Han, K. Ilanagaki, P Hansson, K. Harder, A. Harel, Ft. Hariington, J M. Hauptman, R. Hauser, J Hays, T. Hebbeker, D. Hedin, J. G. Hegeman, J. U. Heinmiller, A. P Heinson. U. Hemtz, C. Hensel, К Herner, G. Hesketh, M. D. Hildreth, R. Hiiosky, J. D Hobbs, B. Hoeneisen, H Hoeth, M. Holilfeld, S .1. Hong, R. Hooper, S. Hossain, P Houben, Y. Hu. Z Hubacek, V Hynek, I. lashvili, R. Illingworth, A. S. Ito, S Jabeen, M. JafFre, S Jam, K. Jakobs, С. Jaivis, R. Jesik, K. Johns, C, Johnson, M. Johnson, A Jonckheere, P. Jonsson, A. Juste, D. Käfer, S. Kahn, E. Kajfasz, A M. Kalmin, J. R. Kalk, J. M. Kalk, S. Kappler, D. Karmanov, ,T. Kasper, P. Kasper, I. Katsanos, D. Kau, R. Kaur, V. Kaushik, R Kehoe, S. Kermiche, N

hlialatyan, A. Khanov, A. Kharchilava, Y. M. Kharzheev, D. Khatidze, H. Kim, 1..J. Kim, M. H. Kirby, M. Kirsch, B. Klima, J. M. Kohli, J.-P. Konrath, M. Kopal, V. M. Korablev, B. Kothari, A.V. Kozelov, D. Krop, A. Kryemadhi, T. Kuhl, A. Kumar, S. Kunori, A. Kupco, T. Kurca, J. Kvita, F. Lacroix, D. Lam, S. Lammers, G. Landsberg, J. Lazoflores, P. Lebrun, W. M. Lee, A. Leflat, F. Lelmer, J. Lellouch, V. Lesne, J. Leveque, P. Lewis, J. Li, Q. Z. Li, L. Li, S. M. Lietti, J. G. R. Lima, D. Lincoln, J. Linnemann, V.V. Lipaev, R. Lipton, Y. Liu, Z. Liu, L. Lobo, A. Lobodenko, M. Lokajicek, A. Lounis, P. Love, H. J. Lubatti, A. L. Lyon,

A. K. A. Maciel, D. Mackin, R. J. Madaras, P. Mattig, C. Magass, A. Magerkurth, N. Makovec, P. K. Mal, H. B. Malbouisson, S. Malik, V. L. Malyshev, H. S. Mao, Y. Maravin, B. Martin, R. McCarthy, A. Melnitchouk, A. Mendes, L. Mendoza, P. G. Mercadantc, Y. P. Merekov, M. Merkin, K.W. Merritt, J. Meyer, A. Meyer, M. Michaut, T. Millet, J. Mitrevski, J. Molina, R. K. Mommsen, N. K. Mondal, R.W. Moore, T. Moulik, G. S. Muanza, M. Mulders, M. Mulhearn, 0. Mundal, L. Mundim, E. Nagy, M. Naimuddin, M. Narain, N. A. Naumann, H. A. Neal, J. P. Negret, P. Neustroev, H. Nilsen, A. Nomerotski, S. F. Novaes, T. Nunnemann, V. O'Dell, D. C. O'Neil, G. Obrant, C. Ochando, D. Onoprienko, N. Oshima, J. Osta, R. Otec, G. J. Otero y Garzon, M. Owen, P. Padley, M. Pangilinan, G. Panov, N. Parashar, S.-J. Park, S. K. Park, J. Parsons, R. Partridge, N. Parua, A. Patwa, G. Pawloski, B. Penning, P. M. Perea, K. Peters, Y. Peters, P. Petroff, M. Petteni, R. Piegaia, J. Piper, M.-A. Pleier, P. L. M. Podesta-Lerma, V. M. Podstavkov, Y. Pogorelov, M.-E. Pol, P. Polozov, A. Pompos, B. G. Pope, A V. Popov, C. Potter, \V. L. Prado da Silva, H. B. Prosper, S. Protopopescu, J. Qian, A. Quadt,

B. Quinn, A. Rakitine, M. S. Rangel, K. J. Rani, K. Ranjan, P. N. Ratoff, P. Renkel, S. Reucroft, P. Rich, M. Rijssenbeek, I. Ripp-Baudot, F. Rizatdinova, S. Robinson, R. F. Rodrigues, C. Royon, A. Rozhdestvenski, P. Rubinov, R. Ruchti, G. Safronov, G. Sajot, A. Sanchez-Hernandez, M. P. Sanders, A. Santoro, G. Savage, L. Sawyer, T. Scanion, D. Schaile, R. D. Schamberger, Y. Scheglov, H. Schellman, P. Schieferdecker, T. Schliephake, C. Schmitt, C. Schwanenberger, A. Schwartzman, R. Schwienhorst, J. Sekaric, S. Sengupta, H. Severini, E. Shabalina, M. Shamim, V. Shary, A. A. Shchukin, R. K. Shivpuri, D. Shpakov, V. Siccardi, V. Simak, V. Sirotenko, P. Skubic, P. Slattery, D. Smirnov, R. P. Smith, J. Snow, G. R. Snow, S. Snyder, S. Soldner-Rembold, L. Sonnenschein, A. Sopczak, M. Sosebee, K. Soustruznik, M. Souza, B. Spurlock, J. Stark, J. Steele, V. Stolin, A. Stone, D. A. Stoyanova, J. Strandberg, S. Strandberg, M. A. Strang, M. Strauss, E. Strauss, R. Strohmer, D. Strom, M. Strovink, L. Stutte, S. Sumowidagdo, P. Svoisky, A. Sznajder, M. Talby, P. Tamburello, A. Tanasijczuk, W. Taylor, P. Telford, J. Temple, B. Tiller, F. Tissandier, M. Titov, V.V. Tokmenin, M. Tomoto, T. Toole, I. Torchiani, T. Trefzger, D. Tsybychev, B. Tuchming, C. Tully, P. M. Tuts, R. Unalan, S. Uvarov, L. Uvarov, S. Uzunyan, B. Vachon, P. J. van den Berg, B. van Eijk, R. Van Kooten,W. M. van Leeuwen, N. Varelas, E.W. Varnes, A. Vartapetian, I.A. Vasilyev, M. Vaupel, P. Verdier, L. S. Vertogradov, Y. Vertogradova, M. Verzocchi, F. Villeneuve-Seguier, P. Vint, P. Vokac, E. Von

Toerne, M. Voutilainen, M. Vreeswijk, R. Wagner, H. D.Wahl, L.Wang, M. H. L. S Wang, J.Warcliol, G.Watts, M.Wavne, M.Weber, G.Weber, H.Weerts, A. Wenger, N. Wermes, M. Wetstein, A. White, D. Wieke, G.W. Wilson, S. J. Wimpenny, M. Wobisch, D. R. Wood, T. R. Wyatt, Y. Xie, S. Yacoob, R. Yamada, M. Yan, T. Yasuda, Y. A. Yatsunenko, K. Yip, H. D. Yoo, S.W. Youn, J. Yu, C. Yu, A. Yurkewicz, A. Zatserklyaniy, C. Zeitnitz, D. Zhang, T. Zhao, B. Zhou, J. Zhu, M. Zielinski, D. Zieminska, A. Zieminski, L. Zivkovic, V. Zutshi, E. G. Zverev. "Direct Observation of the Strange E^ Baryon", Phys. Rev. Lett. 99, 052001 (2007).

Рукопись поступила 2 октября 2008 года.

И.А. Васильев

Триггерный детектор передней мюонной системы эксперимента БО. Оригинал-макет подготовлен с помощью системы ЖЩХ.

Редактор Н.В. Ежела.

Подписано к печати 06.10.2008. Формат 60 х 84/8.

Офсетная печать. Печ.л. 1,8. Уч.-изд.л. 1,65. Тираж 100. Заказ 63. Индекс 3649.

ГНЦ РФ Институт физики высоких энергий 142284, Протвино Московской обл.

Индекс 3649

АВТОРЕФЕРАТ 2008-15, И Ф В Э, 2008

Введение

1 Эксперимент БО

1.1 Научные цели эксперимента БО.

1.2 Схема установки БО во втором сеансе на Тэватроне.

1.3 Мюонная система установки БО.

2 Система триггерных мюонных сцинтилляционных счетчиков передней мюонной системы

2.1 Требования к сцинтилляционным счетчикам.

2.2 Конструкция одного счетчика.

2.3 Сцинтиллятор, сместители спектра, ФЭУ.

2.4 Отбор ФЭУ и счетчиков по высоковольтным группам.

2.5 Тестирование собранных октантов.

3 Мониторирование и калибровки системы триггерных сцинтилляционных счетчиков во время второго сеанса

3.1 Калибровка высоковольтных источников питания.

3.2 Светодиодная калибровка.

3.2.1 Система светодиодной калибровки.

3.2.2 Процедура калибровки на светодиодах.

3.2.3 Результаты светодиодных калибровок за 7 лет работы.

3.3 Калибровка на ускорительных мюонах.

3.3.1 Процедура калибровки.

3.3.2 Результаты исследования стабильности работы счетчиков.

3.3.3 Временные распределения сигналов со счетчиков.

3.3.4 Изучение корреляций между дрейфом системы синхронизации БО и значениями ТО сцинтилляционных счетчиков.

3.4 Мониторирование работы передней мюонной системы с использованием образования одиночных мюонов

4 Мюонная триггерная система эксперимента БО во втором сеансе

5 Открытие странного каскадного бариона Еь~ (скЬ) при использовании системы григгерных сцингилляционных счетчиков

Протон-антипротонный коллайдер Тэватрон на энергию ~ 2 ТэВ в системе центра масс лаборатории им. Ферми (Фермилаб) в США по настоящее время остается крупнейшим ускорителем в мире. Одной из основных установок, работающих на Тэватроне, является установка Б О [1,2]. Главными задачами экспериментов на этой установке являются проверка предсказаний Стандартной модели и поиск новых частиц и явлений за ее пределами.

Ко второму сеансу работы Тэватрона, который начался в марте 2001 г., установка Б0 была существенно модернизирована [3], что было связано со значительным повышением светимости коллайдера. В частности, были созданы новые детекторы в мюонной системе для регистрации и идентификации мюонов. Мюонная система должна была осуществлять эффективную выработку триггера и идентификацию мюонов в большом телесном угле в широком диапазоне импульсов и при низком фоне. К важнейшему из новых детекторов мюонной системы относится разработанная и созданная в ИФВЭ система из 4214 триггерных сцинтилляционных счетчиков. Система расположена симметрично относительно точки взаимодействия протонного и антипротонного пучков, по три слоя счетчиков с каждой из двух сторон.

Общая площадь детектора составляет ~ 450 м2. Результатом введения в установку этой большой системы явилось значительное увеличение эффективности выработки триггера передней мюонной системы [4] установки Б0 во втором сеансе благодаря новым сцинтилляционным счетчикам с хорошим временным разрешением и тонкой сегментацией.

Система этих счетчиков использовалась для триггера на мюоны, образованные в результате протон-антипротонных взаимодействий в коллайдере Тэватрон, а также для предоставления информации по з времени прохождения этих мюонов через детектор, что крайне важно для реконструкции траекторий мюонов с использованием мюонных трековых камер. Тонкая сегментация и хорошее временное разрешение этих счетчиков позволили значительно подавить фон от космических мюонов, а также от мюонов, образованных за пределами временного интервала для данного конкретного события.

Целью диссертационной работы является разработка и создание системы из 4214 триггерных сцинтилляционных счетчиков, исследование их характеристик и анализ контроля стабильности их работы во время проведения экспериментов для получения физических результатов.

Автор защищает:

• создание в ГНЦ ИФВЭ при активном участии диссертанта триггерного детектора на основе 4214 сцинтилляционных счетчиков с полной площадью сцинтиллятора ~ 450 м .

• разработку методики калибровки системы сцинтилляционных счетчиков на ускорительных мюонах, полученных в результате протон-антипротонных столкновений на Тэватроне.

• методы анализа данных и результаты калибровки на светодиодах и на ускорительных мюонах.

Надежная работа в течение более семи лет системы 4214 сцинтилляционных счетчиков мюонного спектрометра в триггере эксперимента Б0 для регистрации редких физических процессов с мюонами в конечном состоянии, в частности, позволила впервые обнаружить странный каскадный барион Нь ((ЬЬ) — первую частицу, состоящую из валентных кварков всех трех известных поколений.

Актуальность работы

Интегральная светимость за первый сеанс на Тэватроне Фермилаба в 1992—1996 гг. для эксперимента составила 120 пб"1. Затем Тэватрон 4 был остановлен на пять лет. Были выдвинуты требования кардинально модернизировать установку БО с тем, чтобы она отвечала принципиально новым условиям набора данных во втором сеансе, начало которого было запланировано на 2001 год. В частности, ожидалось увеличение светимости более чем на порядок. Установка

ЛЛ Л ] должна была выдерживать светимость до 3*10 см" сек". Энергию столкновений протонов с антипротонами в системе центра масс планировалось увеличить с 1.8 ТэВ до 1.96 ТэВ, а время между «банчами» (сгустками) частиц в ускорителе сократить с 3.5 мксек до 396 нсек. С учетом этих значительных улучшений параметров Тэватрона к концу 2009 года интегральная светимость эксперимента должна была достичь 4—8 фб"1. Одной из важнейших задач модернизации установки Б0 была разработка и создание системы из 4214 сцинтилляционных счетчиков с высоким временным разрешением и тонкой сегментацией для формирования мюонного триггера и идентификации мюонов.

Научная новизна

Созданная система сцинтилляционных счетчиков является одной из крупнейших в мире, в коллайдерных экспериментах она применяется впервые. Разработанные во время производства и эксплуатации сцинтилляционных счетчиков методы измерения их характеристик и контроля стабильности системы являются во многом оригинальными. Использование триггерной системы счетчиков в эксперименте ВО позволило получить целый ряд новых физических результатов, среди которых наиболее важными являются наблюдение осцилляций Вб-мезонов [5] и открытие странного каскадного Еъ~ бариона [6].

Практическая ценность

Полученные в диссертационной работе результаты могут быть использованы при создании больших систем сцинтилляционных счетчиков как в нашей стране (ОИЯИ, ИЯИ РАН, ИЯФ РАН, НИИЯФ МГУ, ФИ РАН), так и за рубежом (ЦЕРН, Фермилаб).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.

3.3.2. Результаты исследования стабильности работы счетчиков

Описанная процедура впервые была применена на практике в 2002 г. Было обработано более 635 ООО событий, прошедших мюонный триггер установки DO. Распределение амплитуд от пьедесталов и амплитудное распределение сигналов от мюонов, выделенных по приведенной выше методике срабатывания, для всех 4214 счетчиков представлены на рис. 3.11. Несмотря на то, что критерии отбора по времени не применялись, амплитудное распределение (рис. 3.1 lb) показывает, что > 98%

47 выделенных таким образом мюонов имеют амплитуды, соответствующие энергии минимально-ионизирующей частицы. Рис. 3.11Ь также демонстрирует однородность сигнальных амплитуд и подтверждает разумность выбора порога дискриминации для набора статистики во втором сеансе на уровне 7 мВ, что соответствует 25 каналам АЦП.

X 10" от 1400 с о 1200 и о

§ 1000 сч 800 jn

5 боо > lа

400 200 0 а) п J Ю

Entries

Mean

RMS

100 747201 40.55 4.637

JII—I nLjlL

20 40 60 80 100 ADC counts

300 400 500 ADC counts

Рис. 3.11 а) Распределение амплитуд от пьедесталов и Ь) амплитудное распределение сигналов от мюонов, выделенных по методике срабатывания, для всех 4214 счетчиков (данные 2002 г.).

Амплитудные распределения для одного из октантов (ТЧСО) и одного из счетчиков (8В7-54) с наибольшей для 2002 г. статистикой представлены на рис. 3.12.

Для проверки стабильности работы счетчиков та же процедура проводилась ежегодно, начиная с 2004 г. В 2006 г. программное обеспечение для обработки данных в режиме реального времени было значительно усовершенствовано, что дало возможность быстрее набирать статистику. Амплитудные распределения для октанта ЫСО и счетчика 8В7-54, полученные в 2006 г., представлены на рис. 3.13 и находятся в хорошем соответствии с результатами 2002 г. (рис. 3.12). Последний раз калибровка была проведена в июне 2008 года. Было обработано -1.4 миллиона событий, прошедших все триггеры установки

48 от

С о 50 о о о 40

1Л 30 с ф

LJ 20

10 0

L о)

ID

Entries

Mean

RMS

101 1023 145.7 54.21 4 к

ПЛлпПь с 3 о о о о < оо

100

200

300 400

ADC counts 4

3.5 3 2.5 2 1.5 1

0.5 0

L ь)

1L

ID

Entries Mean

RMS

1002 22 144.2 39.04

11L

I I I I ILL

100

200

300 400

ADC counts

Рис. 3.12. Амплитудные распределения для а) октанта N00 и Ь) счетчика 8В7-54. Данные 2002 г. Выбранный счетчик имеют большую статистику, чем остальные. от 1000 F=

300 400

ADC counts

300 400

ADC counts

Рис. 3.13. Амплитудные распределения для а) октанта N00 и Ь) счетчика 8В7-54. Данные 2006 г.

ОО. Суммарное распределение амплитуд для всех 4214 счетчиков показано на рис. 3.14. Из-за ограниченной статистики средние значения амплитудных откликов сравнивались по октантам. Результаты для всех 48 октантов представлены в таблице 3.1. Для каждого октанта среднее значение амплитуды, полученное в 2008 г., делилось на среднее значение 2002 г. Из табл. 3.1 и соответствующего ей рис. 3.15<1 следует, что среднее отношение амплитуд равно 0.957. Для октантов слоя А это отношение составляет 0.976, для слоя В оно равно 0.949, для слоя С оно составляет 0.945 (см. рис. 3.15). Возможно, это различие объясняется

49 Л с 1200 3 о и 1000 и О 800 CNJ 600 с

U 400 ш

200 0

0 100 200 300 400 500

ADC counts

Рис. 3.14. Амплитудные распределения мюонов, выделенных по методике срабатывания, для всех 4214 счетчиков (данные 2008 г.)

Заключение

Диссертационная работа посвящена созданию триггерного детектора передней мюонной системы на основе сцинтилляционных счетчиков для эксперимента БО на ускорителе Тэватрон (Фермилаб, Батавия, США). Эта система из 4214 сцинтилляционных счетчиков была разработана и полностью создана в ГНЦ ИФВЭ в 1998—1999 гг. при значительном вкладе диссертанта, перевезена в Фермилаб и введена в состав установки БО ко второму сеансу Тэватрона, начавшемуся в 2001 году. Детектор такого масштаба впервые используется в коллайдерных экспериментах. Процедура разработки системы, выбора компонент, структура минимального модуля и результаты стендовых испытаний октантов описаны в диссертации.

Ожидавшееся во втором сеансе увеличение светимости более чем на порядок и числа протон-антипротонных взаимодействий в единицу времени, а также существенное уменьшение временного интервала между «банчами» в Тэватроне потребовали значительного улучшения триггерной системы эксперимента Б0 с тем, чтобы в новых жестких условиях эффективно отбирать триггером интересующие физические процессы и при этом значительно подавлять фоновые реакции. Система из триггерных сцинтилляционных счетчиков, успешно отработавшая в течение более семи лет в составе трехуровневого триггера эксперимента Б0, полностью удовлетворила новым требованиям эксперимента. Разброс временных сигналов детектора со всех счетчиков составил не более 2.5 не.

Высокая стабильность временных характеристик созданного детектора позволяет отслеживать и компенсировать температурные изменения импульса синхронизации от Тэватрона, задающего начало отсчета времени для всех детекторов Б0.

72

В диссертации изложена процедура светодиодной калибровки сцинтилляционного детектора, впервые примененная в 2001 г., и представлены результаты калибровок за 2001—2008 гг. Среднее отклонение за семь лет работы амплитуд сигналов, усредненное по 4214 счетчикам, не превышает 4.2% с о распределения этих отклонений по всем счетчикам около 12%. За этот же период сигналы остались стабильными во времени в пределах 0.2 не с от распределения отклонений 0.6 не.

Также изложена разработанная при активном участии автора методика калибровки детектора, основанная на измерении отклика счетчиков на прохождение через них мюонов, образованных в протон-антипротонных столкновениях на ускорителе Тэватрон. Такая калибровка важна для исследования комплексной стабильности работы счетчиков, поскольку при этом проверяются не только стабильность работы фотоумножителей и электроники, но и сцинтиллятора и переизлучателей спектра. Представлены результаты калибровок за 2002—2008 гг. Старение всей системы счетчиков составляет не более 1.5% в год, что обеспечивает ее долгосрочную работу. Проводимые регулярно в течение семи лет во втором сеансе такие работы как калибровка на светодиодах и калибровка на мюонах по процедурам, изложенным в данной диссертации, продемонстрировали стабильность работы сцинтилляционного триггерного детектора передней мюонной системы установки ВО по всем требуемым параметрам. Тем самым была обеспечена надежность всех физических результатов эксперимента Б0, полученных с использованием этого детектора.

В диссертации также представлены результаты мониторирования стабильности всей передней мюонной системы эксперимента Б0 с использованием выходов одиночных мюонов. Система стабильна в лл л пределах 1% во времени и в диапазоне светимости (0.5—2.5) »10 см сек

Также в работе описан один из важнейших физических результатов, полученных в значительной мере благодаря надежной работе системы триггерных счетчиков — прямое наблюдение странного каскадного бариона Нь~ (dsb) с массой ~ 5.77 ГэВ — первой частицы, состоящей из валентных кварков всех трех известных поколений.

В заключение автор считает своим приятным долгом поблагодарить научного руководителя диссертации кандидата физико-математических наук Валерия Николаевича Евдокимова за большой идейный вклад в работу, которая здесь представлена, поддержку и внимательное руководство.

Автор также весьма признателен В.А. Беззубову, И.Н. Белякову, П.И. Галуху, С.Н. Гуржиеву, Д.С. Денисову, Б.Н. Дыбину, С. А. Звягинцеву,

A.B. Козелову, В.В. Константинову, В.М. Кораблеву, С.А. Куликову,

B.В. Липаеву, В.М. Подставкову, A.B. Попову, А.Н. Ромаданову, Д.А. Стояновой, A.B. Ферапонтову, И.Н. Чурину, И.В. Швабовичу, A.A. Щукину за активное участие в исследованиях по теме диссертации и за их вклад в получение и анализ экспериментальных данных.

Особую благодарность автор выражает члену-корреспонденту РАН Сергею Петровичу Денисову за постановку задачи и постоянное и доброжелательное внимание к исследованиям, которые легли в основу диссертации.

Автор благодарен руководству ГНЦ ИФВЭ за поддержку нашего участия в экспериментальной программе D0, в рамках которой выполнена настоящая диссертация, а также сотрудникам ускорительных и технических подразделений ФНАЛ, четкая работа которых сделала возможным проведение эксперимента D0.

1. C. Brown, et al, Nucl. 1.str. And Methods, A 279 (1989) 331.

2. S. Abachi, et al., Nucl. Instr. and Methods A 338 (1994) 185.

3. V.M. Abazov, et al., Nucl. Instr. and Methods. A565 (2006) 463.

4. V. Abramov, et al., Nucl. Instr. and Meth. A419 (1998) 660.

5. V.M. Abazov, et al., Phys. Rev. Lett. {97}, 021802 (2006).

6. V.M. Abazov, et al., Phys. Rev. Lett. {99}, 052001 (2007).

7. S. Abachi, et al., Phys. Rev. Lett. 74 (1995) 2632.

8. S. Abachi, et al., Phys. Rev. Lett. 79 (1997) 1197.

9. B. Abbott, et al., Phys. Rev D 60 (1998) 052001.

10. S. Abachi, et al., Phys. Rev. Lett. 77 (1996) 3309.

11. V.M. Abazov, et al., Phys. Rev D 66 (2002) 012001.

12. B. Abbott, et al„ Phys. Rev. Lett. 82 (1999) 2451.

13. S. Abachi, et al., Phys. Rev. D 57 (1998) 589.

14. V.M. Abazov, et al., Phys. Rev. D 66 (2002) 112001.

15. B. Abbott, et al, Phys. Rev. Lett 79 (1997) 4321.

16. V.M. Abazov, et al., Phys. Rev. Lett. 8 (2002) 191801.17. www-dO.fiial.gov/wwwbuffer/pub/publications.html.

17. V. Shiltsev, Status of Tevatron Collider Run II and Novel Technologies for Luminosity Upgrades. Proc. 2004 European Particle Accelerator Conference, Lucern, Switzerland, Vol. 1, 2004, p. 239.

18. R. Ruchti, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 46 (1996) 281.

19. A. Bross, et al., Proceedings of the SCIFI 97 Conference, p.221, South Bend, Indiana, November, 1997.

20. V.M. Abazov, et al., Nucl. Instr. and Methods A552 (2005) 372.

21. T. Marshall, Nucl. Instr. and Methods A 515 (2003) 50.

22. V. Evdokimov "Light Collection from Scintillation Counters using WLS Fibers and Bars", Proceedings of the SCIFI 97 Conference, p.300, South Bend, Indiana, 1997.

23. Bicron Corporation, 12345 Kinsman Rd, Newbury, OH 44065-9677.

24. МЭЛЗ, 105023 Москва, ул. Электрозаводская, 23.

25. S. Belikov et al., "Physical Characteristics pf the SOFZ-105 Polymethyl Methacrylate Secondary Emitter", Instruments and Experimental Technique, 36 (1993), p. 390.

26. V. Bezzubov et al., "Fast Scintillation Counters with WLS Bars", Proceedings of the SCIFI 97 Conference, p.300, South Bend, Indiana, 1997.

27. S.-C. Ahn, et al., IEEE Nucl. Sci. Symposium, Vol. 2 (1991) 984.

28. P. Hanlet et al., Nucl. Instr. and Meth. A521 (2004) 343.

29. B.A. Беззубов, И.А. Васильев, B.H. Евдокимов и др., «Калибровка сцинтилляционного триггерного детектора передней мюонной системы эксперимента D0», Приборы и Техника Эксперимента №1 (2008), стр. 40.

30. С.В. Беликов, И.А. Васильев, С.Н. Гуржиев, В.В. Липаев «Калибровка калориметра БАРС останавливающимися мюонами», Приборы и Техника Эксперимента №2 (1999) стр. 37.

31. В. Baldin, et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-42 (4) (1995) 736.

32. V.M. Abazov, et al., Phys. Rev. Lett. {93} (2004) 141801.

33. V.M. Abazov, et al., Phys. Rev. Lett. {93} (2004) 162002.

34. V.M. Abazov, et al., hep-ex/0409043; Fermilab-Pub-04/225-E (2004).

35. W.-M. Yao, et al., J. Phys. G 33, 1 (2006).

36. N. Isgur and M. B. Wise, Phys. Rev. Lett. 66, 1130 (1991).

37. G. T. Bodwin, E. Braaten, G. P. Lepage, Phys. Rev. D 51, 1125 (1995); 55, E5853 (1997).

38. E. Jenkins, Phys. Rev. D 55, R10 (1997); 54, 4515 (1996);

39. N. Mathur, R. Lewis, and R. M. Woloshyn, Phys. Rev. D 66, 014502 (2002).

40. J. Abdallah, et al., (DELPHI Collaboration), Eur. Phys. J.C44, 299 (2005); D. Buskulic, et al., (ALEPH Collaboration), Phys. Lett. B 384, 449 (1996).

41. E. Barberio, et al., (Heavy Flavor Averaging Group Collaboration), arXiv:0704.3575.