Az LHC TOTEM kıserlete

Csanad MateELTE Atomfizikai Tanszek

XV. Magfizikus Talalkozo, Javorkut, 2012. szeptember 3-5.

2012. szeptember 5.

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 1 / 25

Bevezetes

Tartalomjegyzek

1 Bevezetes

2 TOTEM fizika

3 TOTEM detektorok

4 TOTEM eredmenyek

5 Osszefoglalas

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 2 / 25

Bevezetes

A TOTEM egyuttmukodes

Altalanos celu kıserletek kiegeszıtese specialis detektorokkal

”Kis” letszamu kıserlet: 62 resztvevo 9 intezmenybol

Csehorszag, Esztorszag, Finnorszag, Magyarorszag, Svajc, USAA magyar csoport a kıserlet vezetojevel es Roy Glauberrel:

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 3 / 25

TOTEM fizika

Tartalomjegyzek

1 Bevezetes

2 TOTEM fizika

3 TOTEM detektorok

4 TOTEM eredmenyek

5 Osszefoglalas

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 4 / 25

TOTEM fizika

A TOTEM fizikaja

Eloreszort reszecskek eszlelese, nagy rapiditasu esemenyek vizsgalataNagy pontossagu σtot meres fuggetlen elvekendσeldt merese nagy |t| tartomanyban (|t|: impulzusatadas negyzete)

Diffraktıv folyamatok vizsgalata,”kis x” fizika

A TOTEM altal vizsgalt esemenyek:

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 5 / 25

TOTEM fizika

Meresi elvek

Rugalmas es rugalmatlan beutesszamok merese:

Nel,Ninel,dNel

dt

∣∣∣∣t=0

Differencialis hkm. a beutesszam & luminozitas (CMS) ismereteben:

Ldσdt

=dN

dtTeljes hkm. differencialis hkm. es optikai tetel ismereteben

σ2tot =

16π(~c)2

1 + ρ2

dσeldt

∣∣∣∣t=0

Luminozitasfuggetlen modszerrel:

σtot =16π

1 + ρ2· dNel/dt|t=0

Nel + Ninel

ρ: rugalmas nuklearis szorasi amplitudotol fugg: Re(fc.m.(0))/Im(fc.m.(0))COMPETE elmeleti joslat alapjan ρ = 0.14+0.01

−0.08, hatasa kicsi

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 6 / 25

TOTEM fizika

TOTEM optika

TOTEM meresek: kis |t| elerese, |t| ∝(impulzus)2×(elterulesi szog)2

Nyalabhoz a leheto legkozelebb kell kerulniDetektorok messze az utkozesektol: LHC optikat jol kell erteni

Mert mennyisegek ⇔ valodi mennyisegek: transzport matrixOptika: fokuszalas es defokuszalas, helyfuggo nyalabmeret ∝

√β(l)

Szimmetria-kozeppontban (utkozesi pont pl.): β(l) = β∗ + l2/β∗

Nyalabdivergencia: ∝ 1/√β∗, minel kisebb, annal jobb

Nagy β∗: akceptancia alacsony |t| ertekeket erhet el, optimalisNormal LHC optika, β∗ = 3.5 m: |t| < 1 GeV2

Dedikalt TOTEM optika: β∗ = 90 m optics: |t| > 0.03 GeV2

”Vegso” optika, β∗ = 1540 m: |t| > 0.002 GeV2

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 7 / 25

TOTEM detektorok

Tartalomjegyzek

1 Bevezetes

2 TOTEM fizika

3 TOTEM detektorok

4 TOTEM eredmenyek

5 Osszefoglalas

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 8 / 25

TOTEM detektorok

A TOTEM felepıtese

CMS-el kozos interakcios pont, IP5Szimmetrikus elrendezes: mindegyik detektor mindket oldalonT1 es T2 nyomkoveto detektorok, CMS forward tartomanyaba integralva

”Roman Pot” (RP) allomasok ±147 m es ±220 m tavolsagra az IP5-tol

Longitudinalis akceptancia: Θ ≈ nehany µrad szorasi szogigPszeudorapiditasban: η = − ln tan(Θ/2) < 12Teljes 2π akceptancia φ azimut szogbenImpulzusatvitel negyzet tartomany: 10−3 GeV2 < |t| < 10 GeV2

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 9 / 25

TOTEM detektorok

TOTEM es CMS

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 10 / 25

TOTEM detektorok

Teleszkopok

T1: 3.1 < |η| < 4.7, T2: 5.3 < |η| < 6.5 (az IP mindket oldalan)T1: 5 egyforma tavolsagu hatszogu

”Cathode Strip Chamber” (CSC)

T2: 10 majdnem kor alaku”Gas Electron Multiplier” (GEM)

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 11 / 25

TOTEM detektorok

A Roman Pot (romai edeny) detektorok

A nyalabhoz nagyon kozel, masodlagos vakuumban4 allomas, 2 egyseg allomasonkent, 3 edeny egysegenkent (ossszesen 24)10 sık lap egy edenyben, 512

”edgeless” Si csık mindegyikben

Felbontas: 16 µm, szorasi szogben 5 µradRelatıv pozıcio-igazıtas: 10 µm

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 12 / 25

TOTEM detektorok

”Edgeless” technologia

Minel kozelebb kell kerulni a nyalabhoz, kb. 1 mm-reHolt regio a detektor szelen: sık Si detektoroknal altalaban 0.5-1 mmCel: holt regio 50 µm-re csokkenteseVagasi felulet tulajdonsagai meghatarozatlanok: fuggetlenıtes lehetseges?Ugynevezett

”Current Terminating Structure” ( 6= feszultseg-lezaras)

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 13 / 25

TOTEM detektorok

Fenykepek a detektorokrol

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 14 / 25

TOTEM detektorok

TOTEM akceptancia

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 15 / 25

TOTEM eredmenyek

Tartalomjegyzek

1 Bevezetes

2 TOTEM fizika

3 TOTEM detektorok

4 TOTEM eredmenyek

5 Osszefoglalas

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 16 / 25

TOTEM eredmenyek

dσel/dt eredmenyek

√s = 7 TeV, normals & dedikalt optika

Kis |t|: exponencialis, dσeldt = dσel

dt

∣∣∣t=0

e−B|t|

A 0.36 − 0.47 GeV2 tartomanyban (Europhys. Lett. 95, 41001 (2011)):

B = (23.6± 0.5stat ± 0.4syst)GeV−2

A 0.02− 0.33 GeV2 tartomanyban (Europhys. Lett. 96, 21002 (2011)):

B = (20.1± 0.2stat ± 0.3syst)GeV−2

A 0.005− 0.2 GeV2 |t tartomanyban (CERN-PH-EP-2012-239):

B = (19.89± 0.03stat ± 0.3syst)GeV−2

Jelentos diffraktıv minimum, helye (EPL95):

|t| = (0.53± 0.01stat ± 0.01syst)GeV2

|t| > 1.5GeV2: hatvanyfuggveny, exponense (EPL95)

−7.8± 0.3stat ± 0.1syst

Modellekre eros megszorıtast adnak az eredmenyek

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 17 / 25

TOTEM eredmenyek

dσel/dt eredmenyek

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 18 / 25

TOTEM eredmenyek

Proton-proton teljes hataskeresztmetszet eredmenyek

√s = 7 TeV, dedikalt β∗ = 90 m optika

dσel/dt eredmenyekre alapszik|t| → 0 extrapolacio:

dσeldt

∣∣∣∣t=0

= (506.4± 0.9stat ± 23syst) mb

Innen a rugalmas hataskeresztmetszet

σel = (25.43± 0.03stat ± 1.1syst) mb

Az optikai tetellel a teljes hataskeresztmetszet

σtot = (98.58± 0.1stat ± 2.2syst) mb

A rugalmatlan hataskeresztmetszet

σinel = (73.2± 0.1stat ± 1.3syst) mb

Jo egyezes a nagy energiatartomanyu COMPETE illesztesselElso eredmenyek: Europhys. Lett. 96, 21002 (2011)Uj meres (a fent idezett szamok): CERN-PH-EP-2012-239Legujabb meres: rugalmatlan hataskeresztmetszet, elokeszıtes alatt

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 19 / 25

TOTEM eredmenyek

Proton-proton teljes hataskeresztmetszet

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 20 / 25

TOTEM eredmenyek

dNch/dη eredmenyek

√s = 7 TeV, 5.3 < |η| < 6.4 pszeudorapiditas, normal optika

A meres a T2 triggerre epulA tobbi LHC kıserlet mereset terjeszti ki erre az uj tartomanyraEsemenyvalogatas: legalabb egy toltott reszecske 40 MeV/c-nel nagyobbimpulzussalEzzel a nem-diffraktıv folyamatok 99% elerhetoAz egyszeresen es ketszeresen diffraktıv folyamatok is, ha a diffraktıvtomeg ∼ 3.4 GeV/c2 felett vandNch/dη csokken |η|-val:|η| = 5.375: 3.84± 0.01stat ± 0.37syst|η| = 6.375: 2.38± 0.01stat ± 0.21systEgy Monte-Carlo generator sem ırja le az adatokat hiban belulRef.: Europhys. Lett. 98, 31002 (2012)

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 21 / 25

TOTEM eredmenyek

dNch/dη eredmenyek

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 22 / 25

Osszefoglalas

Tartalomjegyzek

1 Bevezetes

2 TOTEM fizika

3 TOTEM detektorok

4 TOTEM eredmenyek

5 Osszefoglalas

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 23 / 25

Osszefoglalas

Osszefoglalas, tovabbi tervek

A TOTEM kiemelkedo precizitassal meri az eloreszort protonokat

Normal es dedikalt LHC optikaval is mukodik

Eddigi eredmenyek: σ, dσ/dt, rapiditaseloszlas

Legnagyobb eddigi precizitas: β∗ = 90 m, |t| > 0.005 GeV2 tartomany

Luminozitasfuggetlen σtot is elkeszult

Rugalmatlan+rugalmas meresbol tovabbi fuggetlen σtot eredmeny

Eddigi eredmenyek 7 TeV-en, tovabbi energiak vizsgalata a jovoben

Osszesıtett dN/dη a tobbi kıserlettel, az eredmenyek osszefuzese

Diffraktıv meresek, dupla Pomeron csere, ρ meres, stb.

Kozos trigger & adatfelvetel a CMS-sel: mar elkezdodott

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 24 / 25

Osszefoglalas

Koszonom a figyelmet!

Mindenkit szeretettel hıvunk a 12. Zimanyi Iskolara!(kulonosen a diakokat, nekik a reszvetel ingyenes)

http://zimanyischool.kfki.hu/12/

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 25 / 25

Beutesek kulonbozo optikaknal

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 26 / 25

dσ/dt meresek

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 27 / 25

Kozos dN/dη abra

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 28 / 25

Proton-proton teljes hataskeresztmetszet

Csanad Mate, ELTE Atomfizikai Tanszek XV. Magfizikus Talalkozo 29 / 25