Doktori ertekezes

Nagy impulzusu reszecskek keletkezese

es kıserleti vizsgalata nehezion-utkozesekben

Hamar Gergo

Budapest, 2013. februar 9.

Temavezetok:

Dr. Levai PeterWigner Fizikai Kutatokozpont MTA, Budapest

Dr. Varga DezsoEotvos Lorand Tudomanyegyetem, Budapest

i

Tartalomjegyzek

1. Bevezeto 1

2. Kvark-gluon-plazma 3

I Koaleszcencia 4

3. Koaleszcencia 4

3.1. Hadronizacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.2. A MICOR modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.3. Rezonanciak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4. Rezonancia koaleszcencia modell 8

4.1. Relativisztikus leıras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84.2. Rezonanciak kivalsztasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.3. Barionok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.4. Hadron vegallapotok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.5. Bajos szektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.6. Rezonanciak es kvarkallapotok szelessege . . . . . . . . . . . . 164.7. Impulzusspektrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.8. Kvarkszam skalazas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

II Kıserleti eszkozeink 19

5. Az ALICE kıserlet 19

5.1. Az LHC kıserletei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195.2. Az ALICE detektorrendszere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

6. A VHMPID detektor 23

6.1. A VHMPID fizikai celjai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236.2. VHMPID felepıtese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

6.2.1. Fotonok detektalasa es produkcioja . . . . . . . . . . . 26

ii

7. HPTD detektor 28

7.1. HPTD felepıtese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297.2. L1 trigger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317.3. L0 trigger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337.4. MIP detektalas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

8. Gaztoltesu detektorok 36

8.1. Sokszalas proporcionalis kamrak . . . . . . . . . . . . . . . . . 378.2. Idoprojekcios es drift kamrak . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398.3. Mikrostrukturas gazdetektorok . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398.4. Foton detektalas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

III HPTD kandidatok vizsgalata 43

9. TGEM alapu kamrak vizsgalata 43

9.1. Adatgyujto rendszer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449.2. A tesztkamrak felepıtese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449.3. Eredmenyek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

9.3.1. Analog jelek, korrelaciok . . . . . . . . . . . . . . . . . 479.3.2. Hatasfok vizsgalat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509.3.3. Szogfugges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529.3.4. Szikrazas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

10. Kozeli Katodos Kamrak vizsgalata 59

10.1. A CCC technologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5910.2. Adatgyujto rendszer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

10.2.1. A meresvezerlo programom . . . . . . . . . . . . . . . . 6210.2.2. Hasznalt elektronikai egysegek . . . . . . . . . . . . . . 67

10.3. Az analızis program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7010.4. Meresi osszeallıtasok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7210.5. Altalanos kamravizsgalat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

10.5.1. Analog jelek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7510.5.2. CCC uzemmod vizsgalata . . . . . . . . . . . . . . . . 7710.5.3. Hatasfok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

10.6. L1 kamrak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8110.6.1. Klaszterek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8110.6.2. Nem merolegesen beerkezo reszecskek . . . . . . . . . . 8210.6.3. Relatıv pozıcionalas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8410.6.4. Helyfelbontas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8710.6.5. Uniformitas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

iii

10.6.6. Minazatok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8910.7. L0 kamrak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

10.7.1. Kamraepıtes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9210.7.2. Hatasfok . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9510.7.3. Nagy felulet, a CCC elrendezes elonyei . . . . . . . . . 9710.7.4. Idozıtes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

10.8. MIP kamrak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

IV VHMPID meresek 107

11.VHMPID tesztmeresek es analızisuk 107

11.1. Nyalabtesztek 2008-2010 kozott . . . . . . . . . . . . . . . . . 10711.2. Nagy mertu prototıpus tesztje . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

11.2.1. A nagy meretu prototıpus . . . . . . . . . . . . . . . . 10811.2.2. Kıserleti osszeallıtas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11011.2.3. Adatgyujto rendszer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11111.2.4. MIP detektalas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11211.2.5. Fokuszalas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11511.2.6. Foton detektalas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11611.2.7. Elso reszecskeazonosıtas a VHMPID prototıpussal . . . 120

11.3. Tobabbi tesztmeresek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

12.TCPD detektor 121

12.1. A detektor felepıtese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12212.2. Labor osszeallıtas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12512.3. Erosıtes merese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12612.4. Katodter hatasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12812.5. Cserenkov detektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

13.Precızios TGEM-felulet vizsgalat 135

13.1. Meresi osszeallıtas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13613.1.1. Optikai rendszer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13613.1.2. Adatgyujto rendszer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

13.2. Adatanalızis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13913.3. Fokusz beallıtasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14113.4. Stabilitas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14413.5. Fotonhozam- es erosıtes terkep . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14613.6. Feszultsegparameterek hatasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14913.7. Kitekintes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

iv

14.Osszegzes 153

A. Rovidıtesek 166

v

1. Bevezeto

A modern reszecskefizika fejlodesevel az elemi reszecskekrol igen atfogokepet alkothattunk. Az elektromos, gyenge es eros kolcsonhatast iskezelo Standard Model a reszecskek vilaganak egy igen jo leırasat adja.Az eros kolcsonhatas epıtokovei, a kvarkok es gluonok a termeszetbencsak hadronokba zartan leteznek. Am az Osrobbanas utani parmikromasodpercben, illetve napjainkban a nagy surusegu neutron csillagokbelsejeben, az anyag egy osi/uj halmazallapotaban, a kvark-gluon plazmabanleteztek/leteznek.

Az anyag ezen szamunkra uj - megis osi - formajanak vizsalata onmagabanis erdekes, am ezen felul kozlebb viheti a tudomanyt a kozmologia, aneutroncsillagok es az eros kolcsonhatas melyebb megismeresehez.

Laboratoriumi korulmenyek kozott a kvark-gluon plazmat nehezatommagok nagy energias utkoztetesevel allıthatjuk elo, mely soran aprotonokbol es neutronokbol kiszabadulnak az alkoto reszecskek, letrehozvaaz erosen kolcsonhato szınes osanyagot. A forro plazma gyorsan tagul eshul s ujra hadronokba rendezodik; a kıserletek soran csak ezen vegallapotireszecskeket figyelhetjuk meg, s ez alapjan kell meghatarozni a plazmatuladonsagait.

Az ujrahadronizacios folyamat, kollektıv jelensegek, korrelaciok, nagyenergias reszutkozesek es a szignaturak vizsgalata, leırasa es megertesemegkerulhetetlen. Am mindezekhez a eredmenyekhez csakik precız eslehetosegeink szerinti legatfogobb meresekre van szuksegunk. A fizika, mint atermeszet megismeresere torekvo tudomany alapveto eszkoze, a meres, melya felallıthato modellek sokasagabol ki kell valassza a legmegfelelobbet.

Doktori munkam kozeppontjaban a nehezion utkozesekkor keletkezo nagyes mersekelten nagy impulzusu reszecskek allnak. Ennek is elsosorban azALICE kıserlet VHMPID detektoraval kapcsolatos kutatasi projektjei.

Az ujrahadronizacio koaleszcencia alapu csaladjanak egy uj valtozatanakalapjait dolgoztam ki, mely mar a nagyenergias rezonanciakat is kepeskezelni, valamint megvizsgaltam a modell kiterjeszthetosegenek lehetosegeit.

Munkam jelentos reszet a magyar ALICE csoport es a gazdetektorokkutatasaval es fejlesztesevel foglalkozo REGARD csoportban vegeztem.Az ALICE kıserlet, mint a legnagyobb letezo gyorsıto nehezionfizikaraspecializalodott kıserlete, az erintett impulzustartomanyt legjobban atervezett VHMPID detektorral kiegeszıtve tudna vizsgalni.

Doktori munkam reszekent reszt vettem a kapcsolodo HPTD detektorkutatasi es fejlesztesi munkalataiban, a mikrostrukturas es uj tıpususokszalas verziok vizsgalataban; kulonos tekintettel a HPTD-ben valoalkalmazhatosagukra.

1

A VHMPID detektor tesztmereseinek analızisen tul reszt vettem egyuj tıpusu, mikrostrukturas alapu fotondetektor tervezeseben, mereseibenes analıziseben. Valamint a mikrostrukturas rendszer reszletekbe menotanulanyozasahoz kialakıtott finom felbontasu pasztazas analızisevelmegnyitottuk az utat a hasonlo tıpusu eszkozok optimalizaciojahoz.

A dolgozatban a kvark-gluon plazma es annak hadronizacioja utana 4. fejezetben mutatom be az RCM koaleszcencia modellem. Eztkovetoen az ALICE kıserleti felepıteset es a tervezett VHMPID es HPTDdetektorokat ismertetem, valamint a megvalosıtashoz hasznani kıvantgaztoltesu detektorokrol szolok. A 9. fejezetben a TGEM alapuHPTD mereseket ismertetem, mıg a 10. fejezetben a HPTD CCCalapu megvalosıthatosagat bizonyıtom. A VHMPID teszmetesein vegzettmunkamat a 11.2. fejezetben taglalom. Az uj tıpusu hibrid fotondetektorts eredmenyeinket a 12. fejezetben, a finomfelbontasu mikrostrukturasmereseket pedig a 13. fejezetben reszletezem.

2

2. Kvark-gluon-plazma

IDE JON JOPAR OLDAL A QGP-ROL.MEG PAR SZEP KEP: FAZISDIAGRAM, V2SKALAZAS, ...

3

resz I

Koaleszcencia

3. Koaleszcencia

A koaleszcencia modellek egy reszecskeprodukcos folyamatcsaladotjelolnek, melyben az elemi epıtokovek kozotti kolcsonhatas miatt alakul kiegy vegallapoti osszetett objektum. Koleszcencia modelleket magfizikabana nukleongazbol keletkezo deuteronon, tritonok es atommagok joslasarahasznaltak [1].

Hadron koaleszcencia kis energias nukleonok osszeragadasat (klaszterkepzodeset) kezeli jol, ahol az eros kolcsonhatas vonzo ereje miatt keletkezomag kotesi energiaja joval kisebb, mint a nyugalmi tomege. Igy a folyamatleırasahoz hasznalhato a nem relativisztikus kvantummechanika, aholis ahullamfuggvenyek surusegmatrixaval kifejezheto a magkeltes valoszınusege.

A koaleszcencia modell a kis energas magfizikan tul megjelent anagyenergias nehezion-fizikaban is [3] [12]. Bar a kvark-gluon plazmahadronizacioja eseten a fenti energiaaranyok nem teljesulnek, a koaleszcenciamodellek ugy tunik megis kepesek kvantitatıvan leırni a reszecskekkeletkezeset.

3.1. Hadronizacio

A kvark-gluon plazma vizsgalatahoz elengedhetetlen, hogy ismerjuk aplazma hadronizacios mechanizmusat, hiszen a vegallapotban csakis az ujrahadronokba zarodott anyagot tudjuk merni.

A nagy energias elktron-pozitron utkozesek illetve a proton-protonutkozesekkor letrejovo kvark-kvark es kvark-gluon utkozesek eseten ketelemi reszecske a leıras kiindulopontja. Az elektrogyenge illetve eroskolcsonhatas ismereteben pedig szamıthatoak a keletkezo elemi reszecskek.Termeszetesen kvarkok (vagy gluonok) keletese eseten itt is kell akesobbiekben hadronizaciorol beszelni, am ezen nagy energias reszecskekeseten a perturbatıv kvantumszındinamika adta keretek es a meresieredmenyek (fragmentacios fuggvenyek) megfelelo leırast adnak a folyamatra.

Nehezion utkozesek eseten a keletkezo plazma nem tekintheto mar elemiutkozesek sokasaganak, s hadronizacioja is jelentosen eltero. Termeszetesenaz energetikus elemi utkozesek itt is megjelenhetnek a magok utkozesesoran, es az elemi utkozesek jet jelensegeit is megfigyelhetuk, kisse modosultformaban. A keletkezo reszecskek tobbsege azonban a kialakulo erosen

4

kolcsonhato plazma gyors ujrahadronizaciojabol szarmazik.A QGP legegyszerubb hadronizacios modellcsaladja a termikus

reszecskekeltes, melyben a kolunbozo reszecskek a statisztikus fizikaadta fazisternek megfelelo szamban keletkeznek. (Az ilyenkor keletkezorezonanciak nagy resze termeszetesen meg a detektalas elott elbomlik,am ez ismert folyamat, konnyen szamolhato.) A termikus modellekbena legfontosabb parameter a plazma homerseklete, mely meghatarozza akeletkezo reszecskek aranyat. A kemiai potencialok es gamma faktorokbevezetesevel igen jo kvantitatıv leırast kaphatunk a sokfele keletkezoreszecskek szamarol.

A termikus modelleknek azonban tobb problemajuk is van. A modernkıserletekben mar jol merhetoek a keletkezo rezonanciak is, melyek hozamaa termikus joslattol jelentosen elternek [2]. Valamint problema, hogy atermikus modellek altal nyujtott hadronizacios ido jelentosen hosszabb, minta plazma szamıtott elettartama.Leginkabb viszont az elmelet alapveto korlatai okoznak manapsag problemat,mivel az ujabb illetve osszetettebb reszecsprodukcios mennyisegket nem leheta modellen belul egyszeruen ertelmezni. Ezek kozul legjelentosebbek areszecskekorrelacios meresek, valamint a kvarkszam skalazas.

A kvark koaleszcencia modellcsalad egy a korabbi hadronizasmechanizmusoktol jelentosen eltero megkozelıtesmoddal rendelkezik. Anukelongazbeli klaszterkepzodeshez hasonloan [1], a kvakok (es antikvarkok)kozott hato szınes ero hatasara osszeragadhatnak hadronokka. A modellbena feloltozott kvarkok, mint kvazireszecskek utkoznek egymassal a plazmaban,s letrehozhatnak dikvark-, mezon- illetve barionjellegu allapotokat. Ilyentıpusu kvazireszecske kepre epulo modell (peldaul [3]) a (joval a modellkeletkezese utan megfigyelt) kvarkszam skalazast alapvetoen hordozza,valamint reszecskekorrelacios jelensegekre is lehet kepes joslatot adni.

A modellcsalad elso tagja az ALCOR [3] [4], mely a konnyu es ritkakvarkokbol allo hadornok produkciojart megfeleloen volt kepes leırni azaktualis SPS adatokon [8]. Az alapveto reszecskearanyokra stabil joslatot adomodellben a bajos szektort is lehet implementalni [7]. Valamint produkciospektrumokkal is fel lehet ruhazni [6].

Az ALCOR sikerein felbuzdulva tobb koaleszcencia alapu modell ismegjelent. Nem csak SPS, de RHIC energiakon is megfelelo joslatokat esleırast kınaltal [12] [13]. A MICOR modell [10] [11] a kelekezo hadronokimpulzuseloszlasat strukturajaban is josolni tudta.

A koaleszcencia modellek alapjait egy konkret peldan (MICOR) keresztulmutatom be, majd ezt kovetoen terek ra az altalam kifejlesztett rezonanicakoaleszcencia modellre.

5

3.2. A MICOR modell

A kvark-gluon plazabol keletkezo reszecskek szamat es eloszlasat isleıro MICOR modell [10] [11] (MIcroscopic COalescence Rehadronizationmodel, Ujrahadronizalodas mikorszkopikus koaleszcencia modellje) egykvantummechanika alapu koaleszcencia modell.

A plazmaban kialakulo gluonfelhoben mozgo kvarkok a fazisatalakulaskozeleben nagy tomegu kvazireszecskekkent viselkednek. Effektıv tomeguka konstituenskvark-tomegek nagysagrendjebe esik (mq ≈ 300MeV , ms ≈500MeV ). A kvazireszecskek utkozesekor lehetoseg van uj objektumotkelteni (dikvark, diantikvark, premezon), majd ezen uj reszecskekujabb utkozsek leven bonyolultabb strukturakka is valhatnak (prebarion,preantibarion). A tovabbiakat a premezonok keltesen mutatom be, a modszera tobbi strukturara teljesen hasonloan megy vegbe.

A MICOR a folyamatot 2← 2 reakciokent kezeli, a q1 kvark a plazmabol(Q) felvesz egy q2 kvakot, melynek eredmenyekent a ket vegallapoti egysega h premezon es a maradek plazma (Q′). A keletkezo premezon elhagyva aplazmat (ha szıntelen) hadronna valik, a szınes objektumok (pl.: dikvark)megmaradnak a plazmaban.

Felteve, hogy a felvett kvark hullamfuggvenye szeparalhato a plazmatobbi reszetol, a Q′ normaltsaga miatt eltunik az egyenletekbol. Azuj reszecske keltesenek a kvantummechanikai atmeneti valoszınuseget kikell kiszamıtanunk; a klasszikus kvantummechanika alapjan az atmenetiamplitudo [14]:

ggh = Vg−Mh

2π

∫d3~x1d

3~x2 Ψ∗(~x1, ~x2)V (~x1 − ~x2)φ1(~x1)φ2(~x2) , (1)

ahol φi(~xi) a qi kvark hullamfuggvenye es Ψ(~x1, ~x2) a premezon (vagydikvark) hullamfuggveny Mh = mq1 +mq2 tomeggel. A V fuggveny pedig aYukawa kolcsonhatast ırja le.

A MICOR modellben a beerkezo reszecske sıkhullamnak, a keletkezopedig gaussosan lokalizaltnak van feltetelezve. A kvantummechanikabana hullamfuggvenyek valtoztatasa igen jelentosen modosıthatja a kapotteredmenyeket, am szamıtasok szerint a fenti modell ilyen tekintetbenigen robusztus. Kulonbozo hullamfuggvenyek eseten (bar eltero belsoparameterekkel) kozel azonos joslatot adnak [94] [95].

A h premezon reszecskeprodukcioja aranyos a konstituens kvarkoksurusegevel es a keletkezesi rataval:

Yprim(h) ∝ n1n2〈σh12v12〉 (2)

6

A folyamat hataskeresztmetszete fugg a kvarkok impulzusatol, akeletkezesi ratat a fazisterre valo atlagolassal kapjuk meg.

〈σh12v12〉 =∫d3~p1d

3~p2d3~x1d

3~x2ρ12(~x1, ~x2)f1(~x1, ~p1)f2(~x2, ~p2)σ(k)v12∫d3~p1d3~p2d3~x1d3~x2ρ12(~x1, ~x2)f1(~x1, ~p1)f2(~x2, ~p2)

(3)

Felteve, hogy a terbeli eloszlasuk (ρ12) azonos, a rata csak a kvarkokenergiaspektrumatol fugg.

Igy a kezdeti kvarksurusegek es a fenti rata ismereteben kiszamıthatoa keletkezo hadronok szama. Koaleszcenciamodellekben a keletkezohadronokban megjeleno konstrituens kvarkok szama es a hadronizacio elottjelen levo kvarkok szama azonos, ez megszorıtasokat tesz a kezdeti szamokra.

3.3. Rezonanciak

A jelen meresek es kıserleti technikak segıtsegevel mar rekonstrualhatoaka hadronizacio soran keletkezo kulonbozo rezonancak is. Mıg a termalismodell egesz jo kozelıtessel kepes leırni a keletkezo reszecskek hozamat,a rezonanciakra adott szamıtasok es illesztesek erosen elternek a mertertekektol (pl: [2]).

A MICOR modell a hadronok kozul csupan bizonyos csoportokat tudkelteni: az elso gerjesztett mezon oktettet es barion dekuplettet [11]. Azalapallapotu hadronok ezek bomlasabol erednek, mıg az ennel magasabbenergiaju allapotok nem kelthetoek a modellben.

Termeszetesen megprobalhatjuk kiegeszıteni a modellt, mely nem vartproblemakhoz vezet. A MICOR-ban a keletkezo prehadron tomege akvantummechanikai leıras miatt az ot alkoto kvazireszecskek tomegenekosszege, tehat adott kvark osszetetel eseten fix. Ily modon csakis egyetlenrezonancia (megpedig normal esetben az elso gerjesztett allapot) keltheto.

Ha a fenti szabalyt megszegve kezzel tennenk be az uj rezonanciaktomeget a rendszerbe, akkor a (1) egyenlet ertelmeben a nagy tomegurezonanciak keletkezeset preferalna a folyamat. A nagyobb tomegurezonanciakbol tobb keletkezne, amely egyertelmuen ellentmond a kıserletimegfigyeleseknek.

Utobbi eljarasnak rejtett problemja, hogy a (meg) nem ismert oriasitomegu rezonanciak erosen befolyasolnak a modell joslatait.

7

4. Rezonancia koaleszcencia modell

A Rezonancia Koaleszcencia modellel (RCM, Resonance CoalescenceModel) [96] egy olyan hadroznizaciot leıro modellt alapjait kıvantunkletrehozni, mely a koaleszcencia modellek elonyei mellett ahadronrezonanciak teljes spektrumahoz hozzaferest ad.

4.1. Relativisztikus leıras

Az RCM modellben a feloltozott kvarkok mozgasat, utkozeseit amegfelelo relativisztikus mechanikaval ırom le. Mivel a rendszer igen nagyhomersekletu (T ≈ 180MeV ) a kvazireszecskek nyugalmi tomegehez kepest,ıgy a relativisztikus leıras nem csak modszer, hanem szinte kovetelmeny is.Mindezen tul latni fogjuk, hogy a relativisztikus mechanika jelenti a kulcsota nagy tomegu rezonanciakhoz, hiszen a kvarkok utkozesebol keletkezoprehadron nyugalmi tomege, a kvarkok negyesimpulzus osszegenek normaja,az impulzusoktol fuggoen tetszolegesen nagy erteket elerhet.

mprehadron =Mqq = ‖pµq1 + pµq2‖ =√(E1 + E2)2 − (~p1 + ~p2)2 . (4)

Ahogyan a 3.2. fejezetben, itt is eloszor mezonokon mutatom be a modellmukodeset, s kesobb terjesztem ki barionokra.

Felteve, hogy a hadronizacios regioban a kvarkok impulzuseloszlasaf(mi, ~pi) nem helyfuggo, a keletkezo premezon tomegspektrumat (JQ(m))az alabbi integral adja:

JQ(m) =

∞∫

0

∞∫

0

d3 ~p1d3 ~p2f(m1, ~p1)f(m2, ~p2)δ(m− ‖pµ1 + pµ2‖) . (5)

A szamolasok soran a kvarkok impulzuseloszlasara a termikus Boltzmanneloszlas relativisztikus valtozatat, a Juttner eloszlast hasznaltam. (Amodellben lehetosge van mas impulzuseloszlasok hasznalatara is, peldaul akedvelt Boltzmann- vagy Tsalis eloszlasok.)

fJuttner(m, ~p) = e−uµpµ

T = e−√

~p2+m2

T (6)

A 1. abran lathato a konnyu es ritka kvarkot tartalmazo premezonokJQ(m) tomegspektruma (mq = 300MeV ,ms = 500MeV es T = 180MeVeseten). A tomegspektrum zerus erteku az m < mq1 + mq2 tartomanyon,melyet egy maximum utan az impulzuseloszlas altal meghatarozott kozelexponencialisan eso farokresz kovet.

8

0

0.001

0.002

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

J Q

(m

) [

1/M

eV]

m [MeV]

1e-06

1e-05

0.0001

0.001

0.01

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

J Q

(m

) [

1/M

eV]

m [MeV]

1. abra. (bal) Premezon tomegspektruma konnyu kvarkok (u, d)eseten. (jobb) Premezon tomegspektrum logaritmikus skalan qq, qs, sskvarktartalmu premezon eseten.

A nagy tomegek fele megjeleno exponencialis elnyomas kovetkezteben aoriasi tomegu rezonanciak nem lesznek meghatarozoak, mint a MICOR estena 3.3. fejezet vegen emlıtett esetben.

9

4.2. Rezonanciak kivalsztasa

A fenti modon azonban a premezonokat folytonos tomegspektrummalkeltettuk, s nem az egyes rezonanciak meghatarozott tomegenel. Felvetodika kerdes, hogy egy m tomegu, Q kvarktartalmu prehadron mekkoravaloszınuseggel valhat valamilyen igazi rezonanciava (P(hQi ;m)). Eloszoristrivialisan koveteljuk meg, hogy a vegallapoti rezonancia a prehadronnalazonos kvarkatralmu legyen. Bar kezzel barmilyen fuggveny belerakhatolenne a rendszerbe, nem hagyhatjuk meg a modellben ezt a vegtelenszabadsagot. Hasznaljuk a rezonanciak termeszet adta bomlasi szelesseget akeltesuknel is.

Az i sorszamu hQi rezonancia Q kvantumszammal, mh tomeggel, Γiszelesseggel es di degeneracioval rendelkezik, melyekbol HQ

i (m) spektralfuggvenye meghatarozhato. Illusztraciokent a 2. abra mutatja a ritkamezon rezonanciakat, Gaussos szelesseggel (a Breit-Wigner szelesseggel azezt koveto abrakon foglalkozom).

0

0.1

0.2

0 500 1000 1500 2000

H iqs

(m)

m [MeV]

K K*(

892)

K1(

1270

)

K1(

1400

) K

*(14

10)

K*(

1680

) K

2(17

70)

K3*

(178

0) K

2(18

20)

K2(

1820

)

K4*

(204

5)

2. abra. Ritka kvarkot tartalmazo mezon rezonanciak spektral fuggvenyeGaussos kiszelesedessel.

Az m tomegu prehadron minden rendelkezesre allo azonos kvarktartalmuallapotba az adott rezonancia spektralfuggvenyenek m-beli ertekevelaranyosan atlephet:

P(hQi ;m) =HQi (m)

∑kHQk (m)

(7)

A 3. abran lathato neheny ritka mezon (Q = qs) (qs) kvarktartalmupremezonbol valo keletkezesi valoszınusegi gorbeje. A keletkezesi valoszınusegaltalaban (nem meglepo modon) a rezoanciatomegnel a legmagasabb; am

10

ez nem mindig igaz, peldaul mint a 3. abran is lathato K∗(1410) mezonfura strukturat kap (ennek oka a nagy szelesseg, valamint a rezonanciatomegkozeleben elhelyezkedo masik szukebb rezonancia jelenlete).

Ezen tul megfigyelhetjuk, hogy a nagyon szuk rezonanciak (pl.:K) szintecsakis a hadrontomegukkel pontosan megegyezo premezonbol keletkezhetnek.Mivel a K tomegenel a (qs) premezon tomegspektrum zerus ıgy amugy semkeletkezhetne direk primer K. Ettol nem szabad megijedni, hiszen a MICORmodellben sem keletkezik primer alapallapotu hadron, csak az elso gerjesztettallapot.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 500 1000 1500 2000

P(h

iqs ;

m)

m [MeV]

K

K*(

892)

K1(

1270

)

K*(

1410

)

K2(

1770

)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 500 1000 1500 2000 2500

m [MeV]

K

K*(

892)

K1(

1270

)

K*(

1410

)

K2(

1770

)3. abra. Ritka mezonok keletkezesi valoszınusege (qs) premezonokbol annaktomegenek fuggvenyeben. Fent a Gaussos, lent pedig a Breit-Wignerspektralfugvennyel szamolva. A keletkezesi valoszınuseg altalaban arezonanciatomegnel a legmagasabb, am szeles rezonanciak esten igen furaalakokat kaphatunk (pl.:K∗(1410)).

Igy a fentiek alapjan a h hadronbol primer ennyi keletkezik:

Yprim(hQi ) ∝ n1n2

∞∫

0

dm

∞∫

0

d3~p JQ(m) P(hQi ;m) σ∗(Q,m, |~p|) . (8)

11

4.3. Barionok

A fentiekben mezonok kelteset ırtam le, am termeszetesen a modellbarionok keltesere is alkalmas. A MICOR-hoz hasonloan nem 3 ← 1folyamatkent, hanem ket 2 ← 1 folyamat egymasutanjakent. Ket kvarkkepes dikvarkot alkotni, melyhez egy ujabb kvark csatlakozhat. Fontosfigyelembevenni, hogy a dikvark allapotok impulzusspektruma osszetettreszecskek leven mar nem egyezik az eredeti termalis kvarkspektrummal(ahogy a premezonoke sem). Igy a (qq) + q ← (qqq) folyamatban keletkezoprebarion tomegspektruma a ket kapcsolodo objektum invarians tomege lesz.Termeszetesen a kapott prebarion tomegspektrum harom termalis kvarkosszetetele vagy egy termalis kvark es egy megfelelo tomegfuggo dikvarkimpulzusspektrumabol definıcio szerint azonos. A 4. abran a konnyupremezon (a (qqq) kotott allapot) tomegspektruma lathato.

0

0.0005

0.001

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

J(qqq

) (m)

[1/M

eV]

m [MeV]

4. abra. A (qqq) prebarion tomegspektruma. Lathatoan hasonlo, mint apremezonoke a 1. abran.

Az letrejovo prebarion allapotot a tovabbiakban a premozonokhozteljesen analog modon kezelhetjuk: megkeresve a megfelelohadronrezonancak spektral fuggvenyet, azokbol a keletkezesivaloszınusegfuggvenyeket meghatarozhatjuk. A keletkezo primer hadronokszamat pedig a (8) keplet analogiajaval kapjuk.

12

4.4. Hadron vegallapotok

Az elozo reszekben megmutattam a premezonok kelteset es arezonanicakivalasztas folyamatat az RCM modellben. A merheto hadronvegallapotokkal kapcsolatban azonban felvetodik ket kerdes. Hogylehetseges, hogy ilyen keves (pontosabban nulla) a primer merheto reszecske,illetve mi tortenik a prehadron tomeggekkel?

Az elodlegesen keletkezo bonyolult rezonanciak meg a detektalaselott elbomlanak, s csupan bomlastermekeiket talaljuk meg kozvetlenul adetektorokban. Termeszetesen elvileg a bomlastermekekbol visszaallıthatoaz eredeti rezonancia. Ezt azonban jelentosen megnehezıti anehezionutkozesekkor keletkezo rengeteg reszecske (kombinatorikushatter), a reszecskeazonosıtas problemaja (kulonosen a nagy energiastartomanyokon), valamint a keletkezo rezonanciak keletkezes utaniutkozesei.

Szerencsere modern kıserleti technologiak es technikak segıtsegevel egyretobb rezonancia keletkezesebe lathatunk bele, am tobbnyire csak a kisszelessegu vagy specialis bomlasi csatornajuakat tudjuk nagy pontossaggalmerni.

Az RCM es mas koaleszcencia modellek masik problematikus kerdesea prehadron tomeghajra valo juttatasa. Ez naıvan ıgy magyarazhato:amikor a prehadron elhagyja a plazmat, rezonanciat ”valaszt” es kilepa vakuumba, meg van lehetosege energiat (tomeget) cserelni a plazmava,a szerint, hogy a kivalasztott rezonancia mennyire ter el a prehadrontomegetol. Termeszetesen e folyamtra kozvetlen meresek nem letezhetnek,illetve a nem perturbatıv tartomanyban a QCD sem vilagıthat ra jobban;ezert meghagyom a modell (illetve ezen fenomenologikus leıras) a egyikaxiomajanak.

13

4.5. Bajos szektor

Az RCM modellbe ezeddig csak konnyu (u, d) es ritka kvarkokatkezeltunk, am megvan a lehetoseg, hogy uj ızekkel egeszıtsuk ki a modellt.Egy uj ız felvetelehez ismerunk kell az ahhoz tartozo hadron rezonanciakat(ezt ismertnek tekintem). Valamint igen fontos az uj kvarknak, mintkavzireszecskenek a feloltozott tomege, es impulzusspektruma.

Termeszetes kerdeskent vetodik fel, hogy a bajos kvarkot (charm) lehet-eimplementalni a modellbe, s ha igen, milyen belso parameterekkel kell aztmegtenni. A nyitott es zart bajos hadron allapotokat ismerjuk, a bajoskvark tomege pedig 1.29 GeV/c2, azonban korantsem bizonyos, hogy a bajoskvazikvark a plazmaban ugyanilyen tomeggel rendelkezik.

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000

Jcc (

m)

[1/M

eV]

m [MeV]

T = 100 MeV, mc = 1500 MeVT = 180 MeV, mc = 1500 MeVT = 250 MeV, mc = 1500 MeVT = 100 MeV, mc = 1800 MeVT = 180 MeV, mc = 1800 MeVT = 250 MeV, mc = 1800 MeV

5. abra. A (cc) precharmonia kotott allapot tomegspektruma kulonbozo mc

bajos effektıv tomeg es harom kulonbozo homerseklet eseten.

A prehadron tomegspektrumat jelentosen befolyasolja az effektıvkvarktomeg, illetve az impulzusspektrum. Jelen eseteben feltetelezzuk,hogy a bajos kvarkok is Juttner eloszlas szerinti impulzusspektrummalrendelkeznek. A 5. abran lathato a (cc) premezon tomegspektruma ketbajos effekıv tomeg, illetve haromfele homerseklet eseten.

A charmonia rezonanciak (c es c kotott allapotok, mint a J/ψ vagy azηc) spektralfuggveny eloszlasa a tomegtengelyen jelentosen elter a konnyu esritka rezonancaktol, joval ritkasabban helyezkednek el, s legkonnyebb tagjapont a ≈ 2 ·mc tomeg korul van. Igy a bajos effektıv tomeg nagy hatassalvan a 3 GeV/c2 koruli allapotok keletkezesere: ha 2 ·mc > mJ/ψ, akkor nemkeletkezik primer J/ψ reszecske, viszont ha kicsivel nagyobb, akkor igen sok.

14

A 6. abran lathato par jol merheto charmonium rezonancia primeres teljes keletkezesi szama a bajos effektıv tomeg fuggvenyeben az RCMmodellben.

0

10

20

30

40

50

60

70

1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900

dN/d

y at

mid

rap

idity

charm mass [MeV]

J/psi primary yieldJ/psi final yield

psi(2S) primary yieldpsi(2S) final yield

6. abra. Az alacsony tomegu charmonia allapotok primer es teljes keletkezesiszama jelentosen fugg a bajos effektıv tomegtol. Az ugrasok tipikusan egy-egyuj rezonancia feltomegenel jelennek meg.

A magasbb homersekletu eloszlasok hasznalataval a bajos kvarkokat anagyobb tomegu rezonanciak fele toljuk el. Am mint a 7 abran lathato, abomlasi csatornak annyira feldusıtjak itt is a kis tomegu reszecskeket, hogya teljes keletkezesi szamokban ez alig erzekelheto.

0

10

20

30

40

50

60

70

100 120 140 160 180 200 220 240

dN/d

y at

mid

rap

idity

T [MeV]

J/psi final yieldJ/psi primary yieldpsi(2S) final yield

psi(2S) primary yieldkhic1 final yield

khic1 primary yield

7. abra. A kis tomegu charmonium rezonanciak vegallapoti szama alig fugga plazma hadronizacios homersekletetol.

15

A charmonia rezonanciak kis tomegeknel latott ritkas strukturaja felvetia kerdest, hogy a premezonok hanyad resze lesz egyaltalan kepes igazimezonna valni, mielott ujra szetesne az ot alkoto kvarkokka. Kiegeszıthetoa modell egy (kezzel beletett) vagassal, mely megadja a lehetoseget egyadott tomegu premezonnak, hogy egyik mezon allapotot se valassza, hanemkvarkokka disszocialva uj part keressen maganak. Egy ilyen implementacioeredmenyet szemleltetem a 8. abran, ahol a charmonia allapotok vart esaz emlıtett vagassal keletkezo szamaranyat lathatjuk a bajos effektıv tomegfuggvenyeben. Nagy tomegek eseten, ahol mar a tomegspektrum csucsakorul is eleg ”suru” a charmoniaallapotok szama visszakapjuk a vagas nelkulireszecskeszamot.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900

char

mon

ia s

uppr

essi

on fa

ctor

charm mass [MeV]

8. abra.

4.6. Rezonanciak es kvarkallapotok szelessege

A prehadron allapotok a plazman belul az oket korulvevo gluonfelhonkeresztul tovabbi kolcsonhatasba lephetnek a plazmaval. Ez jelentheti azimpulzusspektrumok termalis fele valo eltolodasat, vagy akar energiafelveteltes leadast a plazma iranyaba. Utobbi megvaltoztathatja a prehadronnyugalmi tomeget, mintegy az eredeti eloszlast kiszelesıtve.

Amikor a prehadron elhagyja a plazmat hasonlo folyamat jatszodhat le,a prehadron gluoncserevel akar tomeget is adhat at vagy kaphat, hogy akivalasztott rezonancia tomegehez kozlebb keruljon a vakuumban.

A fenti folyamatok a prehadron tomegspektrum kiszelesedeset, vagy akarmasik oldalrol megkozelıtve a prehadron altal ”latott” rezonancia spektrumkiszelesedeset jelentheti.

16

Ezen gondolatmenet alapjan megvizsgaltam, hogy hogyan valtoznaa premezonok rezonancia valasztasa nulla es extrem nagy tomegcsereengedelyezesevel. A 9. abra mutatja a valtozast Gaussos es Breit-Wigneralapu szamolasok eseten.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 500 1000 1500 2000 2500

Pro

babi

lity

Gauss, b: 0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 500 1000 1500 2000 2500

Gauss, b: 180

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 500 1000 1500 2000 2500

Pro

babi

lity

Prehadron mass [MeV]

Breit-W, b: 0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 500 1000 1500 2000 2500

Prehadron mass [MeV]

Breit-W, b: 180

9. abra. A plazmaval valo energia es tomegcsere hatasa a effektıv megjelentesifuggvenyekre a ritka mezonok eseten.

Lathato, hogy meg a homerseklettel megegyezo extra kiszelesedes sembefolyasolja jelentosen a kinematikailag megengedett tartomanyon (m >mq +ms) a rezonanciak kivalasztasat.

17

4.7. Impulzusspektrum

KELL EZ IDE ??Az az allıtas, hogy egy a lokalisan keletkezo prehadoronok spektruma

a modellbol szamolhato, aztan a surusegprofillal sulyozva egy 3dimenziosfolyassal meghatarozhato a laborban mert spektrum.u Ezzel ennel tobbetnem foglalkoztam, ıgy nem szıvesen ırnek rola tobbet... :)

4.8. Kvarkszam skalazas

ERROL MEG IROK.A rezonanciak hatasara azt varnank, hogy ”elromlik” a kvakszam

skalazas, de szepen szamolhato, hogy csak kicsit serul. Van szep kistablazatom, azt betehetem ide.

18

resz II

Kıserleti eszkozeink

5. Az ALICE kıserlet

5.1. Az LHC kıserletei

A Kozepeuropai Reszecskefizikai Kutatokozpontban (CERN) [17]megepult Nagy Hadronutkozteto (Large Hadron Collider, LHC) [18] tobbkıserletnek is otthont ad. A CMS (Compact Muon Solenoid) es azATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) kıserletek fo celjai a Higgs reszecskekeresese, tulajdonsagainak merese es a standard modellen tuli fizika kutatasa;kulonos figyelmet fordıtva a szuperszimmatria (SUSY) es az extra dimenzioselmeletek fele.

Az LHCb nevu kıserlet a standard modell parametereinek precıziosvizsgalataval foglalkozik, mellyel a standard modellen tuli elmeletek felevezethetik a fizikai vilagkepunket.

A nehezion utkozesekre specializalodott ALICE (A Large Ion ColliderExperiment, Egy Nagy Ionutkozteto Kıserlet) a kvark-gluon-plazmavizsgalatara lett tervezve.

A negy nagy kıserlet mellett tobb kisebben is vegeznek kutatasokat,tobbnyire az eloreszorasi regioban. Ilyen tobbek kozott a magyarerdekeltseggel is rendelkezo TOTEM kıserlet, mely s CMS mellett foglalhelyet a nyalabcso kozevetlen kozeleben. Az ATLAS melletti (Point 1) LHCf(LHC Forward), mely asztorfizikai alapmeresekehez gyujt adatot. Valaminta legfiatalabb, a MoEDAL kıserlet (Monopole and Exotics Detector At theLHC, Monopolus es egzotikus dolgok deolgok detektora az LHC-nel) pedig(az LHCb mellett, Point 8) elsodlegesen magneses monopolusokat keres eserosen ionizalo ismeretlen reszecskeket keres.

5.2. Az ALICE detektorrendszere

Az ALICE (A Large Ion Collider Experiment, Egy Nagy IonutkoztetoKıserlet) [19] egy specialisan a nehezion-utkozesek vizsgalatara tervezettdetektor. A nehezion-utkozesek soran igen sok reszecske keletkezik,kulonosen LHC energiakon (kb. ketezer rapiditasonkent [20]), melyek nagyresze a kis impulzusu tartomanyba tartozik. Am ezek mellett a kozepesenergiatartomany vizsgalata a hadronizacios mechannizmusok megertesehezvihet kozelebb minket; mıg a nagy impulzusu tartomany a jetek, s kozvetve

19

10. abra. Az ALICE kıserlet detektorrendszerenek rajza. Latszik rajtaa hagymahej szeru szerkezet, (beulrol haladva) ITS, TPC, TOF, TRDdetektorok, valamint a HMPID es PHOS is a magnesen belul, s a MuonArma kozelebbi oldalon. A meretaranyok erzekeltetese kedveert ket emberi alakis van az eloterben [19].

a forro plazma tulajdonsagait tukrozik.Az ALICE detektorrendszererol keszult rajz a 10. abran lathato.Az ALICE kıserletben, a szokasos modon, a reszecskek momentumanak

merese a palyak magneses terben valo gorbuletebol szamolhato. Az LEPL3 kıserlet magneset hasznaljuk az ALICE-ban, mellyel 0.5 Tesla magnesesteret allıtanak elo. Az ALICE centralis detektorai mind ezen orias magnesenbelul helyezkednek el.

A utkozesi pontot mas LHC kıserletekhez hasonloan kivalo helyfelbontasuszilikon alapu felvezeto detektorokkal vettek korbe. Ezen belso nyomkovetorendszer (ITS - Inner Tracking System) elsosorban a vertex megkeresesebenjatszik szerepet, valamint a gyorsan bomlo reszecskek rekonstruciojanal isigen fontos. A nyomkoveto szerepet is betolto rendszer bar keves pontbol tudcsak dolgozni, az elso utkozesekbol szuletett reszecskeproducios ALICE cikkalapinformacioit adta [21]. Az ITS harom hengeres retegbol all: a szilikonpont-, drit- es csık detektorokbol (SPD - Silicon Pixel Detector, SDD - SiliconDrift Detector, SSD - Silicon Strip Detector).

Az ALICE legfontosabb detektora a kozponti idokivetıto kamra (TPC- Time Projection Chamber) [29]. A toltott reszecskek haromdimenziosnyomkovetesevel a magneses ter segıtsegevel meghatarozhato a reszecskekimpulzusa (korulbelul 2% pontossaggal). Az akar tobb szaz pontot

20

tartalmazo nyomokban a leadott energia meresevel a Bethe-Bloch ??

formula segıtsegevel a sebesseg meghatarozhato, ıgy a reszecskeazonosıtasis lehetove valik (kb. 3 GeV/c impulzusig). A TPC-ben az energialedasrelativisztikus emelkedesebol szarmazo tobblet kihasznalasaval statisztikusanbar, de a nagyon nagy impulzusu tartomanyban is lehet reszecskeazonosıtastvegezni. Az ALICE TPC ot meter atmeroju es ugyanilyen hosszu (hengereselrendezesu), mellyel a jelenleg letezo legnagyobb TPC tıpusu detektor aFoldon. A rengeteg informaciot biztosıto TPC egy relatıve lassu detektor, azelektronok transzportjahoz es a kamra kiolvasasahoz 88ms [29] szukseges; ezaz oka annak, hogy a Higgs reszecsket uldozo kıserletek a nagy luminozitaselerese miatt nem is hasznalnak ilyen tıpusu detektort.

A reszecskeazonosıtashoz kivalo informacio a reszecskek sebessege is,melyet a repulesi idot mero detektor (TOF - Time Of Flight) szolgaltat50ps-os idofelbontassal. Ezen MRPC (Multigap Resistive Plate Chamber)techologiaju kamrak segıtsegevel nem csak nagyobb impulzusokig tudunkmerni, hanem az alacsonyabb ertekeknel is pontosıtja az eredmenyta kombinalt rekonstrukcio. A kozel 150 negyzetmeter osszfeluletudetektorrendszer is hengeresen helyezkedik el a kozponti resz korul.

A sorban ezt koveto atmeneti sugarzasi detektor (TRD - TransisionRadiation Detector) [23] elsodleges feladata az elektronok megtalalasa. Azatmeneti sugarzas jelenseget hasznalja ki, ıgy az elektronok 1 GeV/c-tol marsugaroznak, mıg a legkonnyebb hadornok (pionok) sugarzasa 100 GeV/calatt elhanyagolhato. Az sugarzas kis valoszınusegu (1/137) ıgy a sokkozeghatarra van szukseg, melyhez habtechnologiat alkalmaztak. A sugarzokozeget egy sokszalas kamra koveti, mely a (sugarzas okozta) toltestobbletentul a reszecskepalyakhoz tartozo uj pontok pozıcioit is meri. A TRD kepes L1szintu triggereket generalni, peldaul az elektronban dus mintakban varhatocharmoniumra illetve nagy energias jetekre (lokalis rekonstrukcioval).

Az ALICE detektorrendszerenek alapjait az 1990-es evekben kezdetmegtervezni. A reszecskefizikai kutatasok azota ujabb erdekes iranyzatokatis megvilagıtottak, ıgy az ALICE kıserletbe is tobb uj detektor kerult azota.Ezek altalaban nem fedik a teljes hengeres tartomanyt, csak egy reszet esigen specialis reszecskeket keresnek.

A Nagy Impulzusu Reszecskeazonosıto Detektor (HMPID - HighMomentum Particle Identification Detector) [56] egy gyuruformalo Cserenkovdetektor (RICH - Ring Imaging CHerenkov detector). Feladata a 3-5 GeV/cimpulzusu reszecskek egyenkenti azonosıtasa. A kozel 15 m2 aktıv feuletudetektor kamrai egy gombhejszeru felulet menten helyezkednek el az utkozesipont feletti reszben. Sugarzo kozegkent perfluorhexant (C6F14) hasznalnak,mıg a fotonok detektalasast ceziumjodiddal (CsI) borıtott sokszalas kamravegzi.

21

Az eredeti ALICE osszeallıtasban nem szerepeltek kalorimeterek, amkesobb termeszetesen kiegeszult a rendszer. A nagyenergias fotonokat aFoton Spektrometer (PHOS - PHOton Spectrometer) detektalja. A direktfotonok merese valamint a semleges reszecskektol s bomlastermekeiktol valomegkulonboztetese (π0, η) kivalo energia es helyfelbontast igenyel. Azolomuveg kalorimetert koveto sokszalas kamraval a toltott reszecskeketkıvanjak kiszurni. A PHOS a kozeprapiditas tartomanyban foglal helyetaz utkozesi pont alatt.

A masik utolag bekerult kalorimeter egy elektromagneses (EMCAL -ElectroMagnetic CALorimeter), mely a nagy energias elektronok, fotonokes jetek azonosıtasan dolgozik.

A Higgs-keresegben igen nepszeru muon kamrak az ALICE-nalkiszorultak a magnesen beluli szuk terbol, s csupan az egyik oldalontalalhatunk egy muon spektrometert (MS - Muon Spectrometer). Dimuonosbomlasok keresesere (peldaul Υ eseten) es rekonstrukciojara szolgal.

A magnestol es a kozponti detektoroktol tavol, am a nyalabcsohoz kozelhelyezkednek el az utkozesek megtortentet es centralitasat figyelo detektorok(FMD - Forward Muliplicity Detector, V0, T0). Valodi utkozesek eseten azeloreszorodo reszecskek segıtsegevel jeleznek a kozponti rendszernek, s L0triggert is szolgaltatnak.

Az esemenyek elovalogatasat specialis terigger rendszerrel vegzik. Enneksegıtsegevel lehetoseg nyılik a ritka am erdekes esemenyek szamanakfeldusıtasara az elmentett mintaban. Nehezion utkozesek eseten a tervezettutzosesi szam 8000, am ez 2 GB/s kiırasi sebesseggel is csak 20 esemenymasodpercenkent a nagy adatmennyiseg miatt (kb. 100 MB/esemenytomorıtve, melynek legnagyobb reszet a TPC adja). Az ALICE-ban tobbszintu trigger jeleket kulonboztetnek meg: L0,L1,L2; ezeket a kozpontitrigger processzor (CTP - Central Trigger Processor) fogadja, dolzozza fel, stovabbıtja. A triggerek hozzavetoleges jelentese rendre: L0 - utkozes tortent,L1 - erdekes utkozes, L2 - kiolvasasra erdemes utkozes. Ezen hardverkozelitriggereken felul meg van egy magasabb szintu is (HLT - High Level Trigger),mely a kiolvasott adatok elorekonstrikcioja alapjan ıtel.

A detektork adatkommunikacioja egy egyseges rendszerben, a DetektorAdat Linken (DDL - Detector Data Link) keresztul tortenik. Ez egyoptikai osszekottetest ad a detektorok es az adatgyujto szamıtogepek kozott,sugarbiztos es bithiba-vedett modon. A DDL rendszert az (korabbi) RMKImunkatarasi fejlesztettek ki az ALICE szamara, s mara mar tobb helyen ishasznaljan (pl: NA61 kıserlet CERN).

22

6. A VHMPID detektor

Az ALICE kıserletet, az uj fizikai eredmenyek fenyeben, uj detektorokkaltervezik kiegeszıteni illetve tovabbfejleszteni. Az ALICE szerkezetifelepıtesebol is lathato, hogy bizonyos detektorok joval a kezdeti tervezesutan kerultek a kıserlethez; erre jo pelda az elobb emlıtett HMPID es PHOSdetektorok.

A Nagyon Nagy Impulzusu Reszecskeazonosıto Detektor (VHMPID, VeryHigh Momentum Paricle Identification Detector) egyike az ALICE ujonnantervezett kiegeszıto detektorainak. A projekt jelenleg az ”ALICE R&D”,azaz kutatas-fejlesztesi statuszba tartozik. Az utobbi evek munkajanakkoszonhetoen egy (minen aprosagot ugyan nem tartalmazo, de) a detektorceljait es kivitelezesi terveit is tartalmazo dokumnetum [?] is osszeallt, mely”Letter of Intent”-kent benyujtasra kerult az ALICE-hoz.

6.1. A VHMPID fizikai celjai

A VHMPID fo celja az ALICE kivalo reszecskeazonosıtasi kepessegeta nagy impulzusu regiora kiterjeszteni: Pionok, kaonok es protonokesemenyszintu megkulomboztetese az 5-30 GeV/c impulzustartomanyban.Bar termeszetesnek tunne egy kalorimeter elhelyezese a meglevo nyomkovetodetektorok utan, az L3 magnesen belul nincs eleg hely egy megfelelo HCalkialakıtasara, ıgy szuletett meg a dontese egy RICH detektor tervezesemellett.

Az esemenyenkenti reszecskeazonosıtassal a nagy impulzusu regiobantobb erdekes temat is lehet majd vizsgalni, a legjelentosebbek ezek kozul:

• Elmeleti reszecskeprodukcios mechanizmusok vizsgalata, a termikus,koaleszcencias es perturbatıv regiok szetvalasztasa.

• A RHIC-nel megfigyelt proton-pion anomalia megertese LHCenergiakon.

• Fragmentacios fuggveny vizsgalata erosen kolcsonhato anyagban.

• Nagyenergias azonsıtott reszecskek korrelacioja.

• Jetek energiavesztesegenek ızfuggese.

• Nagy impulzusu rezonanciak rekonstrukcioja.

• D,B mezonok, valamint Λc, Λb barionok rekonstrukcioja nagyimpulzusnal.

23

A VHMPID detektor ALICE kıserleten beluli terbeli elhelyezkedesenekkoszonhetoen kivaloan merheto korrelaciokra is lesz lehetosegunk. Nemcsak a VHMPID-ben mert reszecskekkel egymas kozott, de az atellenesenelhelyezkedo HMPID illetve a VHMPID mellett helyet foglalo PHOSdetektorral kozosen is.

• Jeten beluli barion-antibarion, barion-mezon korrelaciok.

• Di-, illetve multi-hadron fragmentacios fuggvenyek merese.

• Away-side hadron-hadron korrelaciok, jetelnyomas (HMPID).

• Near-side hadron-foton korrelaciok (PHOS).

• Away-side hadron-jet, hadron-foton korrelaciok (EMCal).

• Jetek energiavesztesi mechanizmusanak feluleti/terfogati osszetetele.

24

6.2. VHMPID felepıtese

A VHMPID detektor egy gaztoltesu Cserenkov detektor, mely az5-30 GeV/c impulzustartomanyban kıvanja megkulomboztetni a pinokat,kaonokat es protonokat [?],[100],[101],[102]. Ilyen nagy energias reszecskehezigen kis toresmutoju Cserenkov sugarzo kozeget kell alkalmazni, amelybenıgy a relatıv fotonszam is igen alacsony (≈ (1− n−2) ∼ (n− 1)). Ezen oknalfogva a sugarzo kozegnek hosszunak kell lennie, jelen eseben ez 60-100 cmkorul van (az intervallumszeru megjelenes oka a egyed modulk kulonbozomerete, valamint a dizajn es a lehetosegek idobeli valtozasa).

11. abra. A VHMPID detektor vazlatos rajza. A toltott reszecske a radiatorgazon athaladva Cserenkov fotonkat kelt, melyeket a tukrok a szemkoztioldalon levo fotondetektor feluletere egy gyuruve kepezik. Az elulso parreteg az L1 szintu triggerelesre szolgalo gaztoltesu kamrakat jeloli.

Ertheto tehat, hogy a folyadek illetve szilard sugarzoknal megszokott[56]radiatort koveto ”ures” szakaszra nincs hely, ıgy a hosszu ut soran keltettfotonok a radiator vegenel egy korlapra kepzodnek, nem egy gyurure.Egy korlap sugaranak merese sokkal pontatlanabb, mint egy gyurue, ıgy

25

egy optikai trukkel a Cserekov-fotonkat visszatukrozzuk a radiator masikvegere, ugy, hogy kepul ismet gyurut kapjunk. Ezt gomb illetve parabolatukrokkel erhetjuk el, ahol a fokusztavolsag megkozelıtoleg azonos a radiatorhosszaval [?]. A radiator tukorrel szemkozti oldalan kell a pozıcioerzekenyfotondetektort elhelyezni. Ezen osszeallıtas egy egyszerusıtett rajzatlathatjuk a 11 abran.

6.2.1. Fotonok detektalasa es produkcioja

Fotondetekalasra a klasszikusnak mondhato foto-elektron szokszorozo(PM, Photo-Elektron-Multiplier) nem hasznalhato jelen esetben. Egyreszt atobb tız negyzetmeternyi felulet lefedese irrealisan draga lenne, valamint azALICE eros magneses tereben ezen eszkozok nem mukodnenek megfeleloen.A PM-ek modern felvezeto valtozatat, az APD-ket (lavina-foton-detektor,Avalanche Photon Detector) bar a magneses terben mukodnek, nagy feluletetbeterıteni veluk meg dragabb lenne.

A VHMPID-nel gaztoltesu fotondetektort fogunk hasznalni:alapelkepzeles szerint a HMPID-hez hasonloan egy CsI (ceziom-jodid)borıtasu sokszalas proporcionalis kamrat [56]. A detektalas alapelve igenegyszeru: a foton a CsI-bol kiut egy elektront, s ezt az elektront margaztoltesu kamraval detektalhatjuk. A CsI kvantumhatasfoka igen magasa kıvant UV hullamhossztartomanyban (160-200 nm), ezert szoktak ezt azanyagot hasznalni az ilyen tıpusu detektorokhoz [54]. Sajnos a CsI feluletigen erzekeny a kornyezet vız es oxigen tartalmara, ıgy a munkalatokatmegnehezıti, hogy nem erintkezhet levegovel; az ilyen detektorokat,detekorelemeket folyamatosan lassu aramlasu tiszta gaz alatt szoktaktartani.

A egyetlen elektron detekalasanal tobb problemaba is beleutkozunk,melyeket a ??. es a 12. fejezetben reszletesebben kifejtek. Bar a CsIborıtasu sokszalas kamra egy kivalo es mukodokepes detektor, a VHMPIDKollaboracio nyitott az alternatıv megoldasok fele is. Hasonlo elven, mint afenti, mas gaztoltesu detektorok is alkalmasak lehetnek fotondetektalasra. AKollaboracioban folyo kutatasi-fejlesztesi munkak soran mas alternatıvakatis kiprobalhattunk. (lasd: 12. fejezet, valamint [61]).

A VHMPID szamara erdekes impulzustartomany vizsgalatahozgazradiator szukseges, aholis a gazok kozott ez egy relatıv magastoresmutatot igenyel. A sugarzo kozegnek termeszetesen atlatszonakkell lennie a detektalasi hullamhosszon. Jelenleg a Kollaboracioban ketradiator jelolt van: C4F10 es a cC4F8O. A fotonok gazban megtett igenhosszu utja miatt a radiator gaz tisztasaga (vız es oxigen tartalom) igenkritikus az alacsony hullamhosszu eteresztokepesseg miatt, ıgy a nehany

26

ppm szinten kell tartani [?]A radiatorbol es a fotondetektorba at kell jutniuk a fotonoknak, ezert a

ketto kozott specialis ablakot kell hasznalni. A kvarcuveg es a kalcium-fluorid(CaF2) a ket alapveto lehetoseg, aholis a dontest a visszaverodes, elnyeles esar egyuttes optimuma adja majd.

A VHMPID egy megvalosıtasi terveben szerepel az impulzustartomanyalacsonyabb impulzusok fele valo eltolasa, melyhez nagyobb toresmutatoralesz/lenne szukseg. Ezt a nyomas emelesevel lehet peldaul elerni amikorisa fotonszam is megemelkedik, am a mechanikai parameterek sokkaljelentosebbek lesznek. Egy 2-3 bar nyomas alatt levo radiatorbol akarrovidebb is eleg lenne, a mechanikai merevıtes alapvetoen atkotoelemekkeles erosıtett fallal megoldhato. Az ablak kerdese a hasonlo nyomasterhelesmiatt ujra elokerulne, s ez esetben valoszınu zafır ablakra lenne szukseg.A projekt ilyen iranyu, inkabb informaciogyujtes jellegu, kutatas-fejlesztesimunkai a 2012-es jelentek meg.

27

7. HPTD detektor

A VHMPID detektor csak a nagy impulzusu reszecskeket tartalmazoesemenyekben erdekelt, amik termeszetuknel fogva ritkan keletkeznek.Valamint a VHMPID nem fedi le a teljes terszoget, csupan az ALICE TPC12%-at, ıgy meg ritkabb, hogy a keletkezo nagy pT -s reszecske a VHMPIDiranyaba halad.

Az ertekes esemenyek feldusıtasara hasznalt trigger rendszert azALICE-ban ezert kıvanatos egy, a VHMPID igenyeire specializaltberendezessel kiegeszıteni. Ezen uj trigger rendszertol minimalis elvaras,hogy az olom-olom utkozesekben a VHMPID iranyaba halado nagyimpulzusu reszecskek eseten jelezzen legalabb ”Alice-L1”[24] trigger szinten.

Az ALICE-ban tervezett triggerelesi es adatrogzıtesi strukturat marbemutattam az 5.2. fejezetben. Ebbol jelen esetben a nehezion utkozesigyakorisag (8000Hz) valamint az adatrogzıtesi frekvencia (≈ 20Hz centralisutkozesekben) a legfontosabb. Lathato, hogy a legerdekesebb centralisutkozeseknel (a 10%-os centralitas eseten, melyre tudunk triggerelni) egy×40-es faktort nyerhet a VHMPID a megfelelo trigger rendszerrel.

Proton-proton utkozesekben a viszonylag keves (10-100) reszecskeszamkovetkezteben kıvanatos lenne egy elsodleges triggereles ”Alice L0” triggerszinten, hogy elsoszurjunk azon esemenyekre, melyekben a VHMPIDiranyaba mentek reszecskek.

A VHMPID trigger rendszerenek tobb kandidatja is megjelent a tervezesevei soran:

Palyadarabokat lehet keresni a TRD detektorral, mely kepes ezekbolL1 szintu triggert eloallıtani. Am a TRD alapveto kimeneti triggerei nema nagy impulzusu palyak keresese vannak optimalizalva, s mindezidaig adetektor nem vallalta fel ezt a feladatot, s nem terkepeztek fel egy ilyentrigger megvalosıthatosagat, s parametereit. Tovabbi problema lehet, hogyaz ALICE jelen allapotaban (2013-as ev) a TRD detektoroknak csak egy reszekeszult el es lett beszerelve az ALICE kıserletbe; a VHMPID ele kerulok megnem. (Termeszetesen tervben van a tovabbi detektorok beepıtese is a nagyleallas utan.)

A jetek geomeriajanak (atellenes kirepules, back-to-back)) koszonhetoenfelmerult az otlet, hogy lehet-e triggerelni a VHMPID-del kozel atellenesenelhelyezkedo elektromagneses kalorimaterre (EMCal, lasd 5.2. fejezet). Akalorimeter gyors jelei kivaloak triggernek, valamint jeteket es nagy energiasfotonokat is jol lehetne merni vele. LHC energiakon az belso momentumok(intrinsic kT ) azonban mar jelentosen elterıthetik a jetek iranyat, melyproblemat jelent. Valamint az atellenes elrendezes nem pontosan azt atriggert jelentene, melyre a VHMPID-nek (mind fizikai, mind technikai

28

oldalrol) szuksege van. A kerdes szimulacios uton torteno vizsgalatameghozta a kvantitatıv eredmenyeket, s kiderult, hogy egy ilyen tıpusutrigger nem elegseges a VHMPID szamara.

Az optimalis az lenne, ha a VHMPID detektornak lenne egy specialisanerre a celra epulo trigger detektora; ekkor annak minden parameterehozzaillesztheto lenne a VHMPID celjaihoz. A ”Nagy Impulzusu TriggerDetektor” (HPTD, High PT Trigger Detector) pontosan ez a detektorkandidat. Az ALICE-Budapest csoport vallalta a HPTD detektor tervezeset,kifejleszteset, szimulacioit, tesztjeit es igeny eseten megepıteset is.

7.1. HPTD felepıtese

A HPTD detektor a VHMPID dedikalt trigger es kiegeszıto detektoralesz. Az elsodlegesen L1 triggereles celjabol tervezett detektor idovel ket ujfeladatot is elvallalt-atvallalt. Nevesen a proton-proton utkozesekben az L0szintu triggerelest, valamint a ”MIP detektalast”. Ez utobbi az athaladoreszecske pontos helyenek maghatarozasat jelenti, mely a palyak es gyurukpontos rekonstrukcioja szempontjabol nelkulozhetetlen. A szokvanyos ”MIPdetktor” elnevezes a ”Minimum Ionozing Particle” (Miminalisan ionizaloreszecske, a Bethe-Block gorbe globalis minimuma) nevre utal, azt mutatja,hogy a detektor meg ezeket a reszecskeket is kepes eszlelni.

12. abra. Sematikus rajz a gorbulo reszecskepalyakrol az ALICE-ban.

Az L1 es L0 alrendszerek a nagy traszverz impulzusu reszecskekethivatottak kiszurni, melyhez az ALICE magneses teret hasznaljak. AzALICE magneses tereben a reszecskek transzverz impulzusuktol fuggoengorbult palyan haladnak, s ıgy a VHMPID detektort az elsodleges reszecskeknem zerus szog alatt erik. A palyadarab beesesi szoge es a reszecskeimpulzusa egyertelmuen meghatarozzak egymast.

29

A HPTD egy tobb retegbol allo detektorrendszer, melyet 5+5 retegnyijo helyfelbontasu gaztoltesu detektor alkot. Az esemenyenkenti nagyreszecskeszamsuruseg miatt a nyomvonalak szetvalasztasahoz tobb retegetkell hasznalni, a kis elteruleseket pedig (nagy impulzus) tavol levo retegekkepesek legjobban szurni. Igy a VHMPID elott es mogott 4+4 retegnyipozıcioerzekeny detektorreteg szolgal majd az L1-es celokra.

Ezek kozul 1+1 retegben nagymeretu szuperparkettak beepıtetthardveres logikaval adjak majd a gyors L0 szinu triggert proton-protonutkozesekben. (Termeszetesen proton-proton utkozesekben is lesz L1 szintutrigger is, a ket rendszer logikailag fuggetlen egymastol).

A MIP detektalashoz 1+1 plussz reteggel kellett kiegeszıteni a fentirendszert, hogy (az L0,L1 eseten kevesbe lenyeges) nyalab-iranyban ismegfelelo felbontast kapjunk. (Termeszetesen lehetne a 4+4 reteg kozulparat ellatni ketdimenzioban is pontos felbontasu parkettastrukturval, amez a modszer lenyegesen koltsegesebb lenne mint a fent vazolt.)

L1L1

L1L1

c.L0

MIP

c.L0

4045

40

135

mm

532 mm

L1L1

L1L1

MIP

c.L0

4045

40

135

mm

c.L0

RICH

13. abra. A HPTD detektor retegeinek elhelyezkedese. 4+4 reteg szolgalaz L1 szitu trigger celokhoz Pb-Pb utkozesekben. 1+1 elfogatott es 1+1 L1reteg lesz felelos a MIP detektalasert. ”c.L0” jeloli az p-p utkozesekben azL0-kandikat retegeket, melyekbol a legjobb kombinaciot a szimulacio fogjaeldonteni. A piros resz a detektorokat, a kek az elektronikakat jeloli.

30

7.2. L1 trigger

Az ALICE magneses tereben a toltott reszecskek helix alaku palyanhaladnak, s transzverz impulzusuk inverze aranyos a palya vetuletenekgorbuletevel. A VHMPID tavol helyezkedik el az utkozesi ponttol (4 −5m), ıgy az elsodleges palyak a magneses ter miatt nem merolegesenerkeznek. A palyadarab beesesi szoge es a reszecske impulzusa egyertelmuenmeghatarozzak egymast.

Az altalanos kepletet erdemes a szokvanyos mertekegysegekbe valtani.

p = Q · R · B (9)

p[GeV/c] = 0.3 · R[m] ·B[T ] (10)

Az R sugaru ıven halado reszecske a d tavolsagra levo sıkot

α = arcsin(d/2R) (11)

beesesi szogben eri.A nagy impulzusu reszecskek kivalogatasahoz tehat eleg a kis beesesi

szogu palyadarabokat megkeresnunk. A palyadarabok megtalalasahoz aHPTD-ben nehany reteg gaztoltesu detektort hasznalunk. A gorbulesiranyaban (φ irany) fontos a jo helyfelbontas, hogy minnel pontsabbanmeg tudjuk hatarozni a beesesi szoget. A nyalab iranyaban (η irany) valofelbontas csupan a palyavonalak szetvalasztasa miatt fonots; ugy valasztandomeg, hogy kicsi legyen a detektor betoltottsege, ıgy η iranyban a parcentimeteres felbontas is elegendo lesz.

A nehezionutkozesekben keletkezo tobb ezernyi reszecske miatt azonbana palyadarabok rekonstrukciojanal igen nagy a hatter. A valodi nagyimpulzusu reszecskeket eszrevenni konnyu (ha jo hatasfoku a detektorunk),am gyakori, hogy mas jeleket is nagyimpulzusu reszecskekent azonosıtunk. Alegjelentosebb forras a kombinatorikus hatter, melynel tobb reszecske altalhagyott nyomokban veletlenul megjelenik a kis szogu beesesnek megfelelomintazat is [64]. A masik fontos forras a bomlasoktol es a masodlagosreszecskektol ered, amikoris a detektor elott keltett uj reszecskek valobankis beesesi szoguek, am csak leanyreszecskek.

Az igen jelentos hatteret csokkenteni lehet, ha a VHMPID elott es mogottis elhelyezunk trigger retegeket. Ezzel nem csupan a retegek szamanaknovekedesebol adodoan csokkenthetjuk a kombinatorikus hatteret, hanem amegjelno nagy tavolsag miatt a kis energias masodlagos reszecskek szuresetnagyban elosegıti.

Az ıgy letrejott bonyolultabb geometriaban erdemes bevezetni a”mintazat” (pattern) fogalmat, mint a detektorban megjeleno binaris jelek

31

14. abra. Pelda egyreszecskes mintazatra (pattern) a 4+4 retegnyi L1kamrakban.

tombje, mint valasz valamely esemenyre. Legegyszerubb formaja az egyetlenreszecskere adott mintazat (mint peldaul a 14. abran).

Ily modon a nagyimpulzusu reszecskek keresese mintazatok keresesereegyszerusodik. A HPTD detektor adatgyujteset, s a mintazatok keresesetFPGA vegzi. Az ALICE-Budapest csoportban eloszor Lipusz Csabafizikus foglalkozott ezzel a temaval, s demonstralta, hogy a mintazatkeresesbonyolultsaga nem haladja meg a piacon levo FPGA csaladok kapacitasat.Jelenleg Melegh Hunor es Monostori Balazs villamosmernok hallagtokdolgoznak kozremukodesemmel a HPTD-FPGA kommunikacios problemaines implementaciojan [?] [66].

A keresendo nagy impulzusu mintazatokat szimulacioval lehetlegegyszerubben eloallıtani. Az ALICE kıserlet, mas kıserletekhezhasonloan, kialakıtott egy meta-programot, melyben a kıserlet elemeit,szimulacios es analızishez nelkulozhetetlen reszeit egyesıti. Ezen C++alapu ROOT [67] csomagra epulo ALIROOT [68] kornyezetben vegeztuka szimulaciokat. Eloszor implementalni kellett az ALIROOT-ba agyazottGEANT [69] [70] kornyezetben a detektorretegeket a tanulmanyozni kıvantpontos geometriaval. (Az ALICE tobbi detektorat es mechanikai elemeit,illetve a velul valo kolcsonhatast az ALIROOT kornyezet mar kezelni tudta.)

Majd az utkozesi pontbol kilott egyetlen reszecskek (ParticleGun) altaladott mintazathalmazokat kell legeneralni, melybol adott transzverzalisimpulzushoz illetve impulzustartomanyhoz tartozo mintazathalmazokegyertelmuen adodnak. Amennyiben a detektor meretei radialisannovekednek, ugy egy adott transzverz impulzushoz tartozo mintazathalmazeltolasinvarians lesz a detektoron. Szoftveres es FPGA szempontbol ezigen nagy elony, hardveresen pedig egyszeru skalazassal megoldhato, ezert aHPTD-nel ezt a kivitelezest hasznaljuk. Ezutan megkaphatjuk a triggerelnivagyott impulzustartomany (pT > 9GeV/c) mintahalmazat, melynek elemeit

32

majd az igazi utkozesek adatain keresni kell. Praktikus a nagyon ritkanelofordulo mintazatokat, illetve a kisebb impulzusuakkal nagyreszt atfedoketkiszurni a fenti halmazbol; ez ugyan a hatasfok csokkenesevel jar, azonbanhibastrigger-szuro ereje igen jelentos lehet.

Egy ilyen jellegu szimulacio azonnal kepes megmondani az impulzusvagaselesseget, a varhato triggerelesi hatasfokot es also becslest adni a triggertisztasagara. Ehhez csupan az egyreszecske mintakon kell futtatni egymintakeresest a valasztott halmazzal, s ismerni az utkozesekben keletkezoreszecskek impulzuseloszlasat. A fenti egyszeru mintakereses megadja vagaspontossagat. Az eloszlassal megszorozva pedig a hatasfok es a felredetektalasgyakorisaga is megadhato.

A trigger tisztasagat a fenti modon csak alulrol lehet becsulni, ıgy igaziPb-Pb utkozesek szimulacioin is le kell futtatni a mintazatkeresest, hogy ezta kritikus parametert pontosan ismerhessuk.

A fenti szimulacios munkakat a csoportban Boldizsar Laszlo es Futo Endrevegezte, kulonos tekintettel a kulonbozo detektorfelbontasok es geomertiaielhelyezes eseten adott eredmenyek osszehasonlıtasara (eredmenyeik [64] es[103] egyes reszeiben kerultek publikalasra).

7.3. L0 trigger

Az ALICE kıserletben a proton-proton utkozesek gyakorisaga (100kHz)messze felulmulja a nehezionoket (8kHz). Egy p-p utkozesben lenyegesenkevesebb adat is keletkezik (≈ 3MB), ıgy az adatrogzıtes is tobb utkozestenged kiırni (∼ 1kHz).

A fenti L1 szintu trigger a korabban mar L0-kent elfogadott triggerekkozul tud valogatni, az alapjan, hogy melyikben volt nagy impulzusureszecske a VHMPID iranyaban. Proton-proton eseten azonban az L0 isegy igen eros szurest jelent az esemenyeken. A VHMPID szempontjabolkıvanatos lenne, ha azon esemenyek kapnanak priorisat, melyekeben nagyobbaz esely arra, hogy legyen a VHMPID iranyaban nagy impulzusu reszecske.

Az L0 igen gyors (600ns) dontest igenyel (5.2. fejezet, valamint [24]),ezert nem lenne lehetoseg illetve ido az L1-nel bemutatott modszerrel precızmodon mintazatokat keresni. Mivel azonban p-p utkozesekben a keletkezoreszecskek szama is alacsony, ıgy mar az is fontos informacioval bır, hogyvolt-e egyaltalan reszecske a VHMPID iranyaban. Valamint ezen valamilyenalacsony impulzusvagast el lehet erni, az tovabb erosıti ezt a triggert.

Nagy meretu szuperparkettakat feltetelezve egyszeru hardveres logikavalkivitelezheto egy, bar alacsony impulzusvagasu, de gyors tigger. Ket egymasalatt elhelyezkedo kamran kialakıtva a szuperparkettakat (tipikusan 20-60

33

mm szeles φ iranyban) vizsgalhatjuk a pont/kozel egymas alatti parkettakkoincicenciajat.

15. abra. Negy kolunbozo szuperparketta meret eseten lathatjuk a szimulacioaltal adott hatasfokot es trigger tisztasagot kolunbozo retegparok esten SonaPochybova munkaja alapjan [62].

A retegek tavolsaga es a szuperparketta merete hatarozza meg a kıvantimpulzusvagast. Az L1 eseten bemutatott modszeremhez hasonloan itt isegyreszecske mintazatokkal konnyu megnezni a hatasfok es tisztasag alsobecsleset (mely itt igen kozel esik a valodihoz, mivel keves reszecske keletkezikegy utkozesben). Szimulacio segıtsegevel optimalizalhato a ket kivalaszottreteg helye es a szuperparkettak merete, ennek elso tanulmanyait SonaPochybova vegezte [62].

Bar az ıgy kapott triggerben a nagy impulzusu reszecskek kevesenlesznek, jelentosen megnoveli az eselyt, hogy az L1 trigger talaljon megfeleloreszecsket az L0 altal kivalasztott esemenyek kozott.

A szuperparkettakat a HPTD-ben szalcsoportok kialakıtasaval erjuk el,errol reszletesebben a 10.7. fejezetben lesz szo.

7.4. MIP detektalas

Az athalado toltott reszecskek helyenek pontos detektalasa igen fontos.Egyreszt egy uj, az utkozestol tavoli pontot adnak a reszecske utjahoz,mely segıti az ALICE-on beluli globalis palyameghatarozas pontosıtasat.Azonban elsosorban a VHMPID szamara szolgal fontos informacioval, mivel

34

az alacsonyabb impulzustartomanzban (5−15GeV/c) a protonokat az alapjanazonosıtjuk, hogy nem keltettek Cserenkov-gyurut, s ehhez igazolni kell,hogy a reszecske athaladt a detektoron. Harmadreszt pedig a pontos palyasegıtsegevel ismert lesz a gyuru vart alakjanak torzulasa, ıgy csokkentve areszecskeazonosıthatas bizonytalansagat. (Bar a tukor kozel azonos helyrefokuszalja a kulonbozo helyen beerkezo reszecskek altal keltett gyuruket, abeerkezesi szog kisse eltolja a keletkezo kepet.)

A HMPID-ben a detektor teljes aktıv feluleten volt MIP es fotondetektalas ugyanazon kamrakkal, analog kiolvasasu elektronikaval ellatott8.4× 8.0mm2 meretu parkettakon [56]. Erre szukseg is volt, hiszen a gyuruk- a VHMPID-del ellentetben - a detektoron barhol megjelenhettek.

A VHMPID eseten a TPC-bol extrapolalt palya megerosıtesehez a ≈1cm-es felbontas is elegseges, mıg a rekonstrukciohoz is mar a ≈ 2 − 5mmfelbontas elegendo. Mivel az L1 kamrak φ iranyu felbontasa boven felulmuljaa kıvant erteket, ıgy elegendo 1+1 kamraval a masik iranyban is megkeresni areszecskek helyet. Termeszetesen lehetseges lenne egy, a HMPID-hez hasonlo,ket dimenzioban kicsiny parkettakkal lefedett detektor beepıtese, am ezzel azelektronikai csatornak szama, s ıgy a koltsegek is, drasztikusan megnonenek.

16. abra. Vazlatos abra a projektıv geometriarol. (bal) Egy reszecskeathaladasakor mindket retegen 1-1 parketta szolal meg, (kozepso) ebbol aket dimenzios adat rekonstrualhato. (Jobb) pelda, hogy harom reszecskeeseten nem egyertelmu, hogy a kilenc pontbol mely harmat kell valasztani.

Jelen tervek szerint a MIP kamrak az L1-es kamrakhoz hasonloan lesznekparkettazva, am a finom felbontasu resz nem φ, hanem η iranyba leszfordıtva. Igy az L1-es kamrakkal egyutt adodo projektıv geometriaboltermeszetesen nagy betoltottseg eseten a tobb reszecske altal keltett beutesekeseten bizonytalansagok lehetnek (N reszecske egy szektorban N × Nponot hataroz meg). Az eddigi ALICE adatok alapjan a VHMPID helyennegyzetmeterenkent 4-5 reszecske erkezik centralis Pb-Pb utkozesenkent. Igyegy MIP-szektorra (50× 50mm2− 100× 100mm2) atlagosan maximum 0.05,tehat a tobbszoros beutesek okozta bizonytalansag elhanyagolhato, tehatelegendo a fenti projektıv (es olcso) elrendezes megvalosıtasa.

35

8. Gaztoltesu detektorok

Az elozo fejezetekben ismertetett VHMPID es HPTD mindegyikea gaztoltesu detektorok technologiajan alapulnak. A HPTD detektorretegienek kis anyagmennyisegu, par mm felbontasu, koltseghatekony toltottreszecske detektoroknak kell lenniuk. Mıg a VHMPID eseten nagy feluletenkell megoldani az egyedi fotonok (pontosabban fotoelektronok) detektalasat.

A gaztoltesu detektorok elsosorban ionizalo sugarzas meresere szolgalnak,legfontosabb a toltott reszecskek palyajanak merese. Az ionizacio hatasaraa toltogaz atomjairol centimeterenkent leszakado nagysagrendileg szazelektront a kamraban kialakıtott nagy tererosseggel sokszorozva kapunkelektromos jelet az elektrodakon. A gazteren athalado toltott reszecskekionizacioval leadott atlagos energajat a Bethe-Bloch formula ırja le [25] :

dE

dx=

2πNz2e4

mc2Z

A

1

β2

(ln2mc2β2EMI2(1− β2)

− 2β

)(12)

ahol Z es A az anyag rend- es tomegszama, m es e az elektron tomegees toltese, z · e es β · c az ionizalo reszecske toltese illetve sebessege,EM a kinematikialag megengedett maximalisan atadhato energia. Azeloszlas a kezdeti 1

v2-es eses utan egy minimumon at lassan emelkedik

(”relativistic rise”) egy platoig (melyet a kozeg hataroz meg). Afenti gorbe legmelyebb pontjat minimalisan ionizalo reszecskenek (MIP,minimum ionozing particle) nevezik; altalaban ehhez kepest viszonyıtjak amennyisegeket a detektortechnikaban.

Az energialeadas valojaban elemi utkozesek sorozatabol all, MIP-nelgazok eseten ez nagysagrendileg 10-30 utkozes centimeterenkent (legkorinyomason). Az ıgy felszabadulo nagyobb energias primer elektronok ujabbelektronokat szabadıthatnak fel a kozelben, ıgy korulbelul osszesen 40-100darab elektron-ion par keletkezik centimeterenkent. Pontos szamuk ahasznalt gaztol fugg [25]; s keverekek eseten a megfelelo sulyozott atlaggalszamolhato.

Fix athalado reszecske eseten (tovabbiakban tekintsunk alapesetbenmindig egy MIP-et) a leadott energia eloszlasat a foton abszorpcios ionizaciosmodell (PAI, photon absorption ionization) [28] jol visszaadja; valamint aLandau eloszlas is jol kozelıti.

A fentiekbol is latszik, hogy a gaztoltesu detektorokban a keletkezotolteshordozok szama tul keves a detektalashoz, hiszen a jelenlegi precızerosıto aramkorok zajanak nagysagrendjebe esik. A keletkezett elektronokgazterbeli sokszorozasahoz nagy tererosseget allıtanak elo a detektorban.Az egyes elektronok a nagy tererosseg hatasara ujra ionizalva a gaztujabb elektronokat kelthetnek, ıgy indıtva meg egy lavinat. Az ionizacios

36

szabad uthossz inverzet szoktak elso Townsend koefficiensnek hıvni, melymegmutatja, hogy (adott redukalt tererosseg mellett) centimeterenkenthany uj elektron-ion par keletkezik a gazban. A folyamat egy kritikustererossegertek folott jelentkezik, amikor az elektron gazbeli atlagos szabaduthossza alatt felvett energia megegyezik a gaz ionizacios potencialjaval.Ekkor az eredeti ionizacio altal keltett elektronok szinte fuggetlenul kelteneklavinakat, melyek merete az alkalmazott feszultseggel no, mıg a teljes jel akezdeti leadott energiaval aranyos lesz. Ez a proporcionalis uzemmod, mely aleggyakrabban hasznalat a kıserleti reszecskefizikaban. Egy bizonyos erosıtesfelett a jel elveszti aranyos mivoltat, a limitalt proporcionalis illetve limitaltGeiger modban a keletkezo nagy jelek mar nem alkalmasak dE/dx meresre.Meg tovabb novelve a feszultseget a Geiger platon keresztul a folytonoskisulesi tartomanyba jutunk.

A toltogaz altalaban nemesagaz alapu, mivel ekkor az athaladoreszecske altal leadott energia nem tud egyeb forgasi es rezgesi modusokbakonvertalodni, s az elektrongerjesztes lesz a dominans. A lavinak fejlodesekorazonban a keletkezo gerjesztesek visszaallasa miatt eros fotonkibocsajtastfigyelhetunk meg. Ezen UV fotonok a detektor anyagat alkoto elektromoskonfiguraciohoz nelkulozhetetlen femfeluletekbol (vagy a gazmolekulakbol) ujelektronokat szabadıthatnak fel, melyek ujabb lavinat indıtva egy pozitıvanvisszacsatolt kisulest eredmenyezhetnek. Ez az oka, hogy a nemezgazontul kiolto gazokat (quencher gas) szoktak keverni az alapgazhoz, melyekaltalaban tobbatomos (gyakran szerves) molekulak, melyek a nemezgazgerjesztesi vonalainal nagy hataskeresztmetszetuek. Ezen kiolto gazok, esgazkeverekek kivalasztasa a konkret megoldando feladattol, optimalizaciotolfugg (diffuzio, sodrodasi feszultseg, szalsık tavolsaga, lavina merete,...).A szerves kiolto adalelkok (illetve szennyezodesek) sajnos mellekhataskenta lavinakban letrejovo nagy energisuruseg maitt polimerizalodhatnak eskiulhetnek a femfeluletelre, ezzel oregıtve a kamrat.

8.1. Sokszalas proporcionalis kamrak

A gaztoltesu kamrak egyik meltan legismertebb tıpusa a szokszalasproporcionalis kamra (MWPC, mulitwire proportional chamber) [27] melyertGeorge Charpak-ot 1992-ben Nobel dıjjal is kituntettek [31]. A klasszikussokszalas kamraban ket parhuzamos vezeto lemez kozotti kozepso sıkbanegymassal is parhuzamos vakony vezeto szalak helyezkednek el (a katodlapok,illetve a szalak tavolsaga a nehany millimeter - centimeter nagysagrendjebeesik). A szalakra pozitıv potencialt kapcsolva a gazteren athalado reszecskealtal keltett elektronok a szalaktol messzi kialakulo homogen terben a szalakfele sodrodnak. A vekony szalak kozeleben kialakulo nagy tererosseg hatasara

37

pedig megtortenik a sokszorozas.

17. abra. Sokszalas kamraban kialakulo tererosseg es ekvipotencialis vonalaka kamra kozepen. A szamok a relatıv potencialt mutatjak. Lathato, hogyegy szal elmozdulasaval hogyan valtozik a terkonfiguracio. [26]

A szalak korul kialakulo teret mutatja a 17. abra [26]. A kamrakatodlapokhoz kozelebbi reszeben a ter homogennek tekintheto. A hengereselrendezesu proporcionalis csohoz hasonloan a tererosseg gyorsan no a szalkozeleben:

E(r) =CV

2πǫ0

1

r(13)

ahol V az alkalmazott feszultseg es C a detektor hosszegysegenkentikapacitasa, mely egy klasszikus sokszalas kamra eseten :

C =2πǫ0

πls− ln2πa

s

(14)

ahol l a szalsık es a katod tavolsaga es s a szalak tavolsaga. A sokszalaskamrakban hasznalatos gazerosıtes (egy lavina atlagos merete) 103 − 106

kozott szokott lenni, a konkret feladattol es a hasznalt elektronikatol fuggoenerdemes beallıtani.

Az elektrodakon keletkezo jel az elektromos terben mozgo toltesekboladodik. Mivel az elektronok nagy tobbsege a szalhoz nagyon kozel keletkezik,(szabad uthosszankent fele-fele) ıgy a jel nagy reszet az ionok szolgaltatjak(egyuttesen eG/lC lenne lavinankent).

A megszolalo szal jelenek kiolvasasabol adodo egy dimenzios helyfelbontastermeszetesen bovıtheto. Altalaban az egyik katodot parkettakra osztjak,s a rajtuk megjeleno kapacitıven csatolt jel szolgaltatja a ketdimenziosinformaciot. A lavina egy egesz parkettacsoportot megszolaltat maga alatt,

38

melyeken a jel meresevel a parketta meretenel jelentosen jobb helyfelbontaserheto el [32].

A sokszalas kamraknal a dE/dx pontos meresehez fontos, hogy az erosıtesa kamra feluleten mindenutt azonos (vagy merheto es kalibralhato) legyen.Mint a (14) keplet is mutatja, a mechanikai parameterek pontossaga igenfontos, ıgy a sokszalas kamrak gyakran nagy feszıtokeretekkel [30] erik el aszukseges 10µm nagysagrendu mechanikai pontossagot.

8.2. Idoprojekcios es drift kamrak

A sokszalas kamrakban a jel idoinformaciojabol az eredeti elektron szaltolvalo tavolsagara lehet kovetkeztetni, ezzek is novelve a helyfelbontast ??. Azilyen sodrodasi kamrak (Drift Chamber) altalaban bonyolult szal- es egyebvezeto strukturakkal probaljak az elektromos teret kozel egyenletesse tennia ritkan elhelyezkedo erzekeny szalak kozott.

A sokszalas kamrak kınalta ketdimenzios reszecskedetektalaskiterjesztheto haromdimenziossa. Az idoprojekcios kamrakban (TPC, TimeProjection Chamber) a nagy gazteren athalado reszecske a palyaja mentenioznizalja a gazt, s a keletkezo elektronokat homogen elektromos terrel egysokszalas kamrahoz vezetve azokat ott detektaljuk. Az idoinformaciot iskiolvasva (a driftsebesseg ismereteben) megmondhato, hogy milyen tavolrolerkezett az adott lavinahoz tartozo elektronfelho.

A TPC kivalo a nagy palyasurusegu es mersekelten nagy frekvenciajumeresekhez, ıgy igen kedvelt nehezionfizikai meresekben is, mint peldaul azLHC ALICE [29] vagy az SPS NA61/SHINE [33] kıserletekben.

8.3. Mikrostrukturas gazdetektorok

Az otvenes evek ota igen elterjedten hasznalt es fejlesztett sokszalastechnologia mellett az utobbi evekben megjelentek a un. mikrostukturasgazdetektorok is. Bizonyos teruleteken mar most is felveszik a versenyt aklasszikus technologiakkal, s kutatasuk es fejlesztesuk jelenleg is igen aktıv.

A kozelmultban egy uj kollaboracio is alakult, az RD51 [36], melya mikrostukturas gazdetektorokkal foglalkozo csoportok informaciocserejetes kozos felhasznalasu fejleszteseit tuzte ki celul [37]. A kollaboraciomara kozel 25 orszag 80 intezetebol all, s itthonrol a Wigner FK (akkormeg MTA KFKI RMKI) es az ELTE is az alapıtotagok koze tertozik.A felevenkenti kollaborcios megbeszelesek tapasztalatcserein tul a kozosszimulacios szoftverrendszer kifejlesztese, a kozos tesztnyalab hely esfelszereles, valamint az ipari kapcsolatok felterkepezese is segıti a csoportokmukajat.

39

18. abra. (bal) [48] Mikroszkop felvetel egy GEM-rol. Az 50µm vastagkapton foliaban a maratott lukak szabalyos hatszogracson helyezkednekel. A lukak a maratasi folyamat kovetkezteben homokoraszeru alakuak.(jobb) [40] Elektromos tererossegvonalak egy GEM korul. Jol latszika mikrostrukturas detektorokra jellemzo fokuszalo geometria es a GEMlukaiban a sokszorozashoz nelkulozhetetlen nagy tererosseg.

A mikrostrukturas gazdetektorok egyik legismertebb fajtaja a GEM(Gas Electron Multiplier, gaz-elektron sokszorozo) [38], mely egy kislyukakkal surun teletuzdelt rezborıtasu kapton folia. Egy GEM mikroszkoosfotojat lathatjuk a 18. abra bal oldalan. A folia ket oldalara nagyfeszultesget kapcsolva a tererossegvonalak a lykakba koncentralodnak [39],ahol a nagy tererosseg hatasara elektronlavina alakulhat ki. A GEMfelett kozel homogen terbol az erovonalak a lyukakba (sot, azok kozepebe)huzodnak, ezzel a fokuszalo rendszerrel gyujtodnek az elsodleges elektronoka sokszorozo tartomanyba. A 18. abra jobb oldalan a kialakulo tererosseg esekvipotencialis vonalak lathatoak egy lavina naiv rajzaval.

A GEM esten az elerheto maximalis erosıtes a 102−103 nagysagrendjebeesik, am tobb GEM foliat kaszkadba rendezve mar nagyobb jelek is elerhetoek[41]. A manapsag altalanosan hasznalt struktura a tripla GEM-es elrendezes,melyet a CMS fejlesztesekben is hasznalni fognak [40].

A GEM (es hasonlo strukturak) egyik elonye, hogy a sokszorozasi esa detektalasi resz szetcsatolodik, mivel a lavinahoz szukseges tererossegelso sorban a lokalis geometriatol fugg; ellentetben a klasszikus sokszalaskamrakkal.

Mar korabban is josoltak, hogy egy hasonlo de vastagabb rendszervarhatoan robusztusabb lesz [41]. A vastag GEM (TGEM / ThGEM,Thich GEM) [43] [44] a GEM korulbelul 1:10-hez nagyıtott valtozata, a

40

vekony folia helyett par tizedmillimeter (akar millimeter) vastag nyaklemezthasznalnak, s a lukakat egyszeruen mechanikai furassal alakıtjak ki. Igya technologia alapvetoen egy standard nyakgyarto cegnel megtalalhatorendszerrel elkeszıtheto. A TGEM masik nagy elonye a szikraallo kepesseg,mivel az esetleges szikrak nem teszik azonnal tonkre a hordozoanyagot(a GEM egy szikra hatarasa megolvadhat, s a tovabbiakban mar nemhasznalhato). A TGEM ıgy kevesbe igenyel tisztaszobat, mivel a kiskosz/szosz darabok a le tudnak ”egni” rola (bar nem ez a kıvanatos).

A mikrostrukturas csalad egy erdekes tagja a ”Mikromega” (MM,Micromegas) [45] detektorok lelke egy suru szovesu femhalo, melyet aparkettastruktura felett 25-100 µm magasan feszıtenek ki. A laviahozszukseges tererosseget a halora kapcsolt nagyfeszultseggel erik el. A kritikusreszt, a femhalo adott magassagban valo feszesen tartasat, az uj modszerekkelmar gyartaskor kialakıtjak [46]. A technologia erdekessege, hogy igen vekony,kis anyagmennyisegu es kivaloan gepesıtheto. Bar jelenleg meg a szikrazasitulajdonasgai miatt alacsony erosıtesekkel dolgoznak, igen kecsegteto aflexibilis kivitel, melynel a recsot nyak helyett egy kapton folia fole erosıtik[47].

Az esetlegesen keletkezo szikrakkal szemben jo vedelmet nyujthat afeluletek nagy ellenallasu bevonata. A TGEM-ek eseten ezt ”ReTGEM”-nek(Resistive Thick GEM, ellenallo TGEM) nevezik, s regota tesztelik [42].Termeszetesen a mikromega es mas mikrostrukturas technologiaknal isfoglalkoznak ezen kerdessel.

8.4. Foton detektalas

A gaztoltesu fotondetektorok olyan, a fentiekhez hasonlo gaztoltesukamrak, melyek egy fotokonverter segıtsegevel a beerkezo foton altalkeltett egyetlen elektron detektalasat kepesek megvalosıtani. A klasszikusfotoelektron sokszorozo csovel (PMT, Photo Multiplier Tube) szemben agaztoltesu fotondetektorok szamos elonnyel rendelkeznek. A helyfelbontasa fentieknek megfeleloen a milimeter nagysagrendjebe esik, kepesek nagymagneses terben is mukodni, s nagy feluleteket relatıve olcson lehet veluklefedni.

A kıserleti reszecskefizikaban ezen konstrukcio egyik leggyakoribbfelhasznalasa gyuruformalo Cserenkov detektorok (RICH, Ring ImagingCHerenkov detector) fotodetektorakent lathato. Ilyen az ALICE kıserletHMPID detektora (High Momentum Particle Identification Detector, Nagyimpluzusu reszecskeazonosıto detektor) [56], valamint a tervezett VHMPIDdetektor is [101],[100] (valamint a 6.2. fejezet).

A fotokonverter anyag altalaban cezium jodid (CsI), mely az eros UV

41

tartomanyban (210 nm alatt) relatıve nagy kvantumhatasfokkal rendelkezik(0-0.5) [54]. A gyakorlatban a visszavero tıpusu fotokonverter retegetgyakrabban hasznaljak, mint az atereszto tıpusut, mivel elobbinel aretegvastagsag (egy kritikus ertek felett) tetszoleges lehet, nem befolyasolja ahatasfokot. A fotokonverter tipikusan a parkettaval ellatott katodot borıtja,mıg a masik szalakbol allo (altatszo) katod felett egy Uv-ben atlatszo lap(peldaul kvarcuveg) zarja le a gazteret.

A toltogaz valasztasanal uj szempontkent jelentkezik, hogy a keltettegyetlen elektron minnel nagyobb valoszınuseggel el tudjon jutni a sokszorozoterig, melyhez fontos a konverter feluleten megjeleno nagy tererosseg,valamint, hogy a gazatomokrol kevesbe lokodhessen vissza a feluletbe,illetve, hogy a sokszorozo ter fele vezeto utjan ne nyelodjon el [49].A gyakorlatban leginkabb hasznalt gaz a metan (CH4) [56], illetve azargon-metan keverek (Ar−CH4), melyek sajnos gyulekonyak, ami biztonsagtechnikai kellemetlensegekkel jarnak. Nem gyulekony gazok kozul aperflormetan (CF4) [50] [51] es a neon-perflormetan keverekek (Ne − CF4)[55] is alkalmasak, s hasznaltak.

Termeszetesen a mikrostrukturas gazdetektorok itt is megjelentek, s GEMes TGEM alapu fotodetektork jelenleg is aktıv kutatasi teruletet jelentenek.Az elso ilyen GEM alapu Cserenkov detektor a RHIC PHENIX kıserletenekHBD (Hadron Blind Detector, Hadronokra vak detektor) detektora [50] [51].Valamint a VHMPID es a COMPASS [52] kıserlet is tervez ilyet hasznalni[53], [60].

Ezen elrendezesekben a fotokonverter altalaban a legfelso reteg GEM(TGEM) lap tetejen helyezkedik el, melyek felett itt is szalakbol allo katodes (kvarc)uveg lap helyezkedik el. Az ilyen elrendezesben a nagy lavinabankeletkezo fotonok (geometriai okokbol) nem tudjak elerni a fotoerzekenyreteget, ıgy nem kelthetnek ujabb lavinakat mint a sokszalas eseten.Valamint a fotokatodot rongalo lavinabol visszaramlo ionok relatıv szamais jelentosen lecsokken, mivel azok nagy reszet a koztes GEM (TGEM) lapokfelfogjak; ıgy novelve a fotokonverter reteg elettartamat. Errol reszletesebbena 12. fejezetben szamolok be.

42

resz III

HPTD kandidatok vizsgalata

9. TGEM alapu kamrak vizsgalata

A HPTD detektorrendszer (lasd 7. fejezet) helyerzekeny gaztoltesudetektoranak a modern TGEM technologia (lasd 8.3. fejezet) egyıgeretes kandidatja volt. TGEM-ek esten az elektron-lavinak kozvetlenul aparkettakba csapodnak, ıgy az atlagos klasztermeret megfeleloen kicsiny leheta HPTD digitalis kiolvasasa szamara. A technologia egyszeru es robusztus,ıgy nem igenyel tisztaszobat, valamint a klasszikus sokszalas kamraknalszukseges extra precız mechanikai strukturat sem.

A CERN Nyari Diak programja (CERN Summer Student [71]) keretebenvolt szerencsem megismerkedni a GEM es TGEM technologia par alapvetoelonyevel, s volt alkalmam par merest is vegezni ilyen tıpusu tesztkamrakon.Ezen tapasztalatoknak is igen nagy hasznat vettuk, hiszen mi voltunkMagyarorszagon az elsok, akik mikrostrukturas gazdetektorokkal kezdtek elfoglalkozni.

Az altalunk hasznalt TGEM lemezeket a CERN-ben gyartattuk le (Ruide Oliveira nyak- es MPGD-gyarto muhelyeben [72]), az akkori standardlyukkonfiguracios parameterekkel (lyukatmero 300 µm, lyuktavolsag 800 µm,perem 60 µm, vastagsag 400 µm) 10× 10cm2 aktıv felulettel.

Az osszeallıtott dupla-TGEM kamrat laborban es reszecskenyalabbanis teszteltuk, az alapveto megertesen tul kulonosen a HPTD-hez valoalkalmazhatosag szempontjabol (digitalis kiolvasas, hatasfok, atlagosklasztermeret). Mereseink soran a TGEM-ek szikrazasi tulajdonsagait issikerult reszletesen megfigyelnem es dokumentalnom.

43

9.1. Adatgyujto rendszer

A GEM-es es TGEM-es kamrakban a keletkezo elektronlavina adja a jelnagy reszet, mialatt beerekezik az also (altalaban szegmentalt) katodra. Aparkettakon ıgy megjeleno jel jut az erosıto elektronikakhoz, melyekbol ketalapvetoen kulonbozot hasznaltunk: analog erosıtot es egy bitre digitalizaloerosıtot. Ezek kiforrottabb valtoztait taglalja reszletesebben a 10.2.2.fejezet, illetve a mutatjak a 40. es 41. abrak. A regebbi es az ujabbkartyak mukodesi elve azonos, azonban az uj nyakokon mar feluletszeretlabazatu integralt armkorok helyezkednek el, csokkentve a panel meretet,valamint a kesobbi felhasznalas szempontjabol fontos tomeggyartasra esgepi beultetesre is alkalmasabb.

A ketfele erosıtonek megfeleloen ket kulonbozo kiolvaso programot ırtam.Az analog erosıto jelet egy Camac tıpusu analog-digital konverterrel (LeCroy2249A [78]) mertuk, ıgy az etherneten kommunikalo Camac kontrollerhez(Caen C111C [80]) ırtam egy kiolvaso rutint.

A digitalis jelek kezeleset kozvetlenul a szamıtogep parhuzamos portjanvegeztem. A port egyes bitjeinek fuggetlen billentesevel illetve olvasasaval.

A kiolvaso programot a kesobbiekben jelentosen tovabbfejlesztettem:a WxWidgets tıpusu [88] grafikus felulettel masok szamara is konnyenhasznalhato lett, valamint az elobbiekben emlıtett meresi rutinokatintegraltan kezeli, s tovabbi ertekes funkciokkal is bovult. Ezen okoknal fogvaa kiolvaso rendszer reszletesebb bemutatasat a 10.2.1. fejezetben taglalom,az uj strukturakkal egyutt.

9.2. A tesztkamrak felepıtese

Az altalunk epıtett TGEM alapu kamra vazlatos rajzat a 19. abramutatja, mıg a 20. abra egy az igazi kamrarol keszult fenykep. A plexibolkeszult kamrakeretnek koszonhetoen vizualisan is lehet kovetni az esetlegesdeformaciokat es szikrazasokat a TGEM lapokon.

Az 19. abra szerint alulrol felfele haladva a kamra reszei a kovekezok:A szegmentalt katodsıkot egy 1.5 mm vastag nyak adja, melybe araldittal(Uverapid 20 [63]) vannak beleragasztva a TGEM lapokat tarto muanyagcsavarok. A kamra kulonbozo vertikalis retegeinek tavolsagat a csavarokonelhelyezett muanyag tavtartokkal lehet beallıtani. A TGEM lapok felettelhelyezkedo katodsıknak egy keretre erosıtett egyoldalt alumıniummalborıtott mylar foliat hasznaltunk. A kamrakeret felso fele sima mylar foliavolt. Utobbiak igen vekony retegek, ıgy lehetoseg volt radioaktıv betaforrassal ”beloni” a kamra erzekeny terfogataba.

44

19. abra. Ket TGEM-et tartalmazo gaztoltesu detektor vazlataoldalnezetbol. A TGEM lapok cserejehez a kamranak szetszedhetonek kellettlennie, ıgy a gazzarast csavarokkal szorıtott O-gyuruvel oldottuk meg.

A kamra tesztelesi celokra epult, ıgy fontos szempont volt, hogykonnyen szet- s ujra osszeszerelheto legyen (peldaul uj TGEM lapokvizsgalatahoz); ıgy az alaplap es a kamratest kozotti gazzarast egy O-gyuruadja, melyet az kereten atmeno csavarok rogızıtenek. A keret kamran kıvuliellendarabja segıt az alapnyakot minnel inkabb sık feluletunek megtartani.A nagyfeszultesgu csatlakozok es zajszurok az erzekeny terfogaton kıvulhelyezkednek el, egy erintesvedett alumıniumdobozban. A nagyfeszultsegekegy plexibol keszult gazzaro atvezeto csatornan keresztul (feed-through,gyakorlatilag egy plexi hengerbe ragasztott vezeto) jutnak a gazterbe.

Egyetlen TGEM erosıtese MIP kornyezetben relatıve alacsony (≈ 102 −103), ıgy tobb reteget szoktak hasznalni. Korabbi tapasztalaink es mereseinkalapjan a ket retegu TGEM-es kamra mellett dontottunk. Bar egyharmadik reteggel a toltesfelho elmosodasa reven kisse csokkentheto aszikrazasi valoszınuseg (mint GEM-ek eseten [90]-ben), ugyanezen okok miattnovekedne a klasztermeret is, melyet a HPTD eseten minnel alacsonyabbankıvantunk tartani.

A kamran athalado toltott reszecske a felso TGEM es a katod kozotthagyott 10 mm-es katodterben leadott energiaja a meghatarozo, mivel aTGEM lapok kozotti, illetve alatti elektronokbol szarmazo jelek relatıveegy, illetve ket erosıtesi fokozatnak (kb. harom nagysagrend) megfeleloenel vannak nyomva. (Ezen jelenseget ki is lehet hasznalni bizonyos esetekben,lasd a 12. fejezetben.)

Toltogaznak a szokvanyos argon (Ar) es szendioxid (CO2) gazkeverekekethasznaltunk kulonbozo keveresi aranyokkal (5-20 % CO2). Ilyen gazkeverekmellett a TGEM-eken nagysagrendileg 1 kV feszultseget kell alkalmazni anominalis mukodeshez (lasd 9.3.2. fejezet). A fenti gazkeverek eseten akatod es a felso TGEM kozotti 10mm tavolsagon korulbelul 100 iononizacioselektron keletkezik egy MIP-tol [25].

45

20. abra. Fenykep a dupla TGEM-es kamrarol. Az atlatszo keret mogottlathato a ket TGEM lap, illetve felulrol a katod.

Az alapnyak a HPTD-nek megfelelo tıpusu es nagysegrenduszegmentacioval (7. fejezet) (5mm × 50mm) rendelkezett; a parkettaka kamra ket oldalara voltak kivezetve, ahol az analog illetve digitaliselektronikaknak megfelelo csatlakozok helyezkedtek el.

46

9.3. Eredmenyek

A TGEM kamrat eloszor a laborban teszteltuk beta forrassal, majda CERN PS gyorsıto T10-es merohelyen tesztelhettuk nagyenergiasreszecskenyalabbal. A kamra analog es digitalis jelei is megfeleloekvoltak, kivalo jel-zaj szetvalaszthatosagot, s kis klasztermereteket mertunk.Az egyetlen problemat a TGEM-ek szikrazasa okozta, melyet ezertreszletesebben is megvizsgaltam.

9.3.1. Analog jelek, korrelaciok

Eloszor beta sugarforrassal teszteltuk a kamrat, s allıtottuk be uzemiparametereit. Az alkalmazott 90Sr β− bomlas soran alakul 90Y izotoppa,mely egy kovetkezo nagy energias (2.28 MeV ) beta bomlassal valik staiba(90Zr). A meresek szempontjabol a ezen elektronok a legalkalmasabb, mivelkepesek athatolni az egesz kamran, s az elektron kicsiny tomege miatt ekkoraenergian kozel MIP-nek tekinthetoek. Az athatolasnak koszonhetoen lehetetttriggerelni egy a kamra ala elhelyezett szcintillatorra. A 21. abran latsziknehany oszcilloszkoppal felvett jelalak: lathato, hogy uzemi feszultsegen marszepen elvalik a jel es a zaj egymastol. A jelek idobeli lefutasa jo kozelıtesselfuggetlen a leadott energiatol, ıgy azt merhetjuk a jel maximuma korulkapuzott ADC-vel.

21. abra. Az oszcilloszkop kepen a MIP altal keltett jel idolefutasa latszik,s az azt koveto visszacsapas. A felso NIM jel a nullidot jelzi, a vızszintesosztas 1 µs. A jelalak szerkezete jo kozelıtessel fuggetlen a nagysagatol.

47

0

100

200

300

400

500

-100 0 100 200 300 400 500 600

Gya

koris

ág

Leadott töltés [adc egység]

22. abra. Az athalado reszeke altal leadott energia (ADC egysegekben). Azerosıto kis dinamikai tartomanya miatt a Landau gorbe nagyenergias reszeosszehuzodik a meresi tartomany felso hatarara.

Az erosıto kimeneten a teljes idointegraltnak zerust kelladnia, ıgy a reszecske keltette (negatıv) jelet ellentetes polaritasuvisszacsapas/visszacsapasok koveti/kovetik. A mereshez hasznalt elektronikaeseteben ket ilyen visszacsapas volt, az elsot teljes egeszeben, valamint azutolso elejet megfigyelhetjuk a 21. abran.

Az athalado reszecske altal leadott energia a Landau eloszlast koveti [25][28], ennek mereset egyszeruen az analog jelek meresevel (Camac ADC)vegeztuk, a kapott eloszlas a 22. abran lathato. A hasznalt erosıtodinamikai tartomanya relatıve kicsi, ıgy a nagy ertekeknel jelentos torzulaslathato. Mivel a HPTD-ben az 1 bitre digitalizalt jelet fogjuk hasznalni,ıgy a dinamikai tartomany erdektelenne valik, s a fo kerdes a zaj es jelszetvalaszthatosaga lesz. Mint ahogy az oszcilloszkop kepen (21. abra) islathattuk, a valodi jel es a zaj kivaloan szeparalhato (22. abra).

Az egymas melletti csatornak analog jeleit vizsgalva ket alapveto effektusfigyelheto meg: a pozitıv es a negatıv korrelacio. Ezekre lathatunkpeldakat a 23. abran. Amennyiben a keletkezo elektronlavina ketparketta hatarara erkezik, mindket kapcsolodo csatorna megszolal, s pozitıvkorrelaciot tapasztalunk. Az egyetlen parkettara koncentralodo lavinakeseten azonban a szomszedos parkettakon a kapacitıv csatoltsaguk miattellentetes elojelu kis jel jelenhet meg. Ez utobbi jelenseg termeszetesen alavina meretenek novelesevel egyre jelentosebb lesz.

A fentiek szamszerusetesehez a kiolvasott ADC jelek korrelacioit isvizsgaltam. A 24. abran egy adott parkettan megjeleno jel nagysaganakfuggvenyeben abrazoltam a szomszedos parketta jelet, kulonvalasztva a

48

23. abra. Nehany (valogatott) egyedi jel egy adott parkettan. Jol lathatoegy negatıv es egy pozitıv csatolt jel a szomszedos parkettakrol.

-100

0

100

200

300

400

500

600

-100 0 100 200 300 400 500 600

Töl

tés

a sz

omsz

édos

par

kettá

n [a

dc e

gysé

g]

Töltés a középső parkettán [adc egység]

Szomszédos töltés > zajszintSzomszédos töltés < zajszint

24. abra. Adott parkettan megjeleno jel fuggvenyeben lathatjuk a szomszedosparketta jelenek altagat (es szorasat) pozitıv es negatıv elojelu esetekrebontva.

pozitıv es negatıv elojelu ertekeket. A pozitıv korrelacio gyengen latszik csak,am a kapacitıv csatolas miatti negatıv korrelacional jol kiveheto a csatolt jelabszolutertekenek novekedese az eredeti jel nagysagaval.

A vegso detektoron a digitalis kiolvasasban a pozitıv korrelaciok azatlagos klasztermeretet novelik csupan, mıg a negatıv korrelaciok rejtvemaradnak.

A kamra analog jeleinek vizsgalata soran megallapıthattuk, hogy azosszeallıtas alapvetoen megfeleloen mukodik. A vegso detektorban a jeleketaz egy bites digitalis elektronikaval fogjuk kiolvasni, ıgy a tovabbiakban azilyen tıpusu meresekrol lesz szo.

49

9.3.2. Hatasfok vizsgalat

A kovetkezo mereseket es teszteket a CERN PS gyorsıtojanak T10-eszonajaban vegeztuk, mely az ALICE hivatalos tesztzonaja.

A digitalsi elektronikak egyetlen kuszobszintjenek allıtasaval valojabanegy vagast teshetunk az alacsony, zajszint-kozeli, toltesekre. A parkettakonkeletkezo jelek az elektronlavina meretevel, s ıly modon az alkalmazottnagyfeszuetseggel nonek. Az idealis mukodesi parameterek megkeresesehez ahatasfokot erdemes vizsgalni, a nagyfeszultseg es a kuszobszint fuggvenyeben.

A meresek soran a reszecskenyalab utjaban elhelyezett kamra elott esmogott szcintillatorokat helyeztunk el, s ezek koincidenciajara triggereltunk.Mivel a szcintillatorok lenyegesen kisebbek voltak a kamra meretenel,ıgy minden trigger egy-egy kamran athalado reszecsket jelentett, tehat ahatasfok egyszeruen a beutessel rendelkezo esemenyek es az osszes esemenyhanyadosakent hatarozhato meg. A fenti ketdimenzios parameterterbenvegzett szisztematikus meresek eredmenyeit mutatja a 25. abra.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1050 1100 1150 1200

Hat

ásfo

k [%

]

TGEM feszültség [V]

Hatásfok Ar:CO2 80%:20%

dl = 2.3 Vdl = 2.5 Vdl = 2.7 Vdl = 2.9 Vdl = 3.2 V

25. abra. Detektalasi hatasfok valtozasa az alkalmazott TGEM feszultsegfuggvenyeben kulonbozo digitalis koszubertekeknel.

Lathato, hogy a hatasfok minden koszubszintel szepen szaturalodik90% folott, tehat a kamra alavetoen ”latja” az athalado reszecskeket. Akuszobszint emelesevel azonban adott hatasfokot csak nagyobb erosıtes (sTGEM feszultseg) alkalmazasaval erhetunk el. Kis feszultsegek eseten(UTGEM ≈ 1050V ) ahol a TGEMek erosıtese igen kicsi a zaj valik a detektaltjelek dominans forrasava.

50

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200

Hat

ásfo

k [%

]

TGEM feszültség [V]

Hatásfok 2.5V-os küszöb esetén

20% CO210% CO2 5% CO2

26. abra. Hatasfokgorbek kolunbozo Ar : CO2 gazkeverekek eseten. Nagyfeszultsegeknel a gorbek a megjeleno szikrazasok miatt letornek.

A 25. abra kivaloan szemlelteti, hogy a zajszint csokkentesenek ara aTGEMek magasabb erosıtesen valo uzemeltetese. A tovabbi meresekhez amersekelt zaju, 2.5V kuszobertekkel dolgoztunk.

A TGEM alapu kamrakban, mint mas gaztoltesu detektorokban is, azalkalmazott gaz, illetve a komponensek keveresi aranya meghatarozo (lasdpeldaul [89]). Az altalunk hasznalt Ar : CO2 gazkeverekekben az Ar es aCO2 kozel azonos ionizacios potencialja miatt az elsodleges es teljes ionizaciocsak kis mertekben fugg a keverek aranyatol; am a lavina kialakulasahozhasznalt feszultseg jelentosen fugg a keveresi aranytol.

A 26. abran lathato a hatasfok feszultsegfuggese az 5%, 10% es20% CO2-ot tartalmazo keverekek eseten. Lathato, hogy gazosszeteteltolfuggetlenul minden esetben hasonloan felfuto, s 95% fole ero hatasfokgorbetkapunk.

Az abran megfigyelheto, hogy az emelkedo hatasfokgorbek nagyobbfeszultsegeknel visszaesnek, s nem vart modon csokkenno tendenciatkezdenek mutatni mindegyik vizsgalt keverek eseten. Ez jelenseg a TGEM-ekszikrazasahoz kotheto, ugyanis a szikrat kovetoen rovid idore ”vakka” valika detektor. Ezen jelensegkort a ??. fejezetben reszletesen targyalom.

51

9.3.3. Szogfugges

Az egy bites digitalis kiolvasas eseten az egymasba folyo (nullatavolsagu) klaszterek szetvalasztasa nem lehetseges. Igy a nehezionutkozeseknel keletkezo rengeteg (elso es masodlagos) reszecske altalidetektor-betoltottseget az atlagos klasztermeret is terheli.

A TGEM-ek hasznalatanak kifejezett elonyei koze tartozik, hogy azelektronlavina kozvetlenul csapodik a parkettakba, s nem a sokszalaskamraknal megszokott sok parkettara szetterulo kapacitıven csatolt jeletlatjuk. Ily modon a klaszterek vart merete csupan par parkettanyi nagysagu.A nem merolegesen beeso reszecskek nyoma azonban termeszetesen szelesebblesz a kamraban, ıgy az atlagos klasztermeret is novekszik.

A reszecskenyalab kivalo lehtoseget ad ezen viselkedes pontos meresere.Szamunkra a parkettak finom felbontasu iranyaban (nevezzuk ”x”-nek)erdekes csupan a jelenseg. A masik iranyban a parkettak hossza (50mm)messze meghaladja a lavina szetterulesenek, illetve a sodroras miattiszelesedes erdekes szogtartomanyba eso reszenek erteket.

A kamrat ugy helyeztuk el az allvanyan, hogy a parkettak fuggolegesenalljanak, ıgy az allvany forgatasaval beallıthattuk a kıvant beesesiszoget. (A nyalab illetve a szcintillatorokkal definialt trigger szogszorasaelhanyagolhatonak tekintheto.)

A 27. abran a meroleges es a 40o-os beesesi szogu reszecskek altal keltettklaszterek mereteloszlasat lathatjuk. Jol lathato, hogy a dominans 1-esklasztermeret az atlagosan 2 meretu valtja fel.

1

10

100

1000

10000

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Gya

koris

ág

Klaszterméret

0 deg50 deg

27. abra. Klasztermeret eloszlas 0 es 40 fokos beesesi szogek eseten; kivaloanmegfigyelheto az atlag eltolodasa.

52

1

1.5

2

2.5

3

0 10 20 30 40 50 60

Átla

gos

klas

zter

mér

et

Beesési szög [deg]

UTGEM = 1180 VElméleti várakozás

28. abra. Az atlagos klasztermeret valtozasa a beesesi szog fuggvenyeben. Atangens-sel valtozo elmeleti varakozastol (lasd (15)) nagy szogeknel elterestapasztalhato az effektıv uthossz csokkenese miatt.

Az altagos klasztermeret novekedeset a beesesi szog fuggvenyeben a 28.abra mutatja. A palyadarab vetulete a beesesi szog tangensevel aranyos,ıgy az atlagos klasztermeret a nullafokitol a tangenssel aranyosan varhatonagyobbnak

c2α ≈ c20 + b2tg2α (15)

mely helyesseget a 28. abran lathato illesztett gorbe mutatja. Amlathatjuk, hogy nagy szogenel a klasztermeret nem emelkedik tovabb,sot csokkenni kezd. Ennek oka a lokalis hatasfokcsokkenes: mivel areszecskenyom parketta feletti resze mar nem az eredeti 10mm, hanem aparketta szelessegenek (4mm) es a szog szekansanak szorzata. Ezen reszlegeshatasfokcsokkenes a HPTD szempontjabol nem lenyeges, mivel csak kisbeesesi szogu reszecskekben erdekelt.

53

9.3.4. Szikrazas

A gaztoltesu detektorokban nagy erosıtesek illetve toltesek megjeleneseeseten szikrak alakulhatnak ki. Vannak alkalmazasok, amikor ezen szikrak adetektor normal mukodesenek reszei (pl: szikrakamrak), am a sodrodasi esproporcionalis kamrak eseten kifejezetten kerulendok.

A sokszalas detektorok eseten a szal korul kialakulo toltesfelho hozhatletre kisuleseket, melyek rongalhatjak a szalakat (rosszabb esetben akar a szalszakadasahoz is vezethetnek). A mikrostrukturas detektoroknal is a lavinakialakulasanak helyen, GEM/TGEM eseten a lyukakban, keletkezhetnekelektromos athuzasok (streamer). Kesobbi tanulmanyok ramutattak, hogya szikrak kialakulasa itt, a sokszalas kamrakkal ellentetben, nem az erosıtes,hanem az egy lyukra juto teljes toltesmennyisegben limitalodik. [?]

A mi TGEM alapu kamrainkban is megfigyelhettuk a szikrazas (nemkıvant) jelenseget. Az atlatszo kamratesten keresztul neha szabad szemmelis lathato szikrak jelentek meg ha nagy erosıtes mellett radioaktıv forrassalsugaroztuk be a detektort.

A (vekony) GEM-eknel a szikrazas igen veszelyes, mivel akaregyetlen szikra hatasara megolvadhat a hordozo kapton folia. Ennekkovetkezmenyekent a femfeluletek osszeernek, s a GEM, mint detektorelem,orokre hasznalhatatlanna valik. TGEM-ek eseten az uvegszalas epoxi,mint hordozoanyag nem olvad meg a szikrak hatasara, ıgy a TGEM-ekrobusztusabb, szikraallobb strukturat kepviselnek. Termeszetesen a szikrakhatasara a feluleti retegek serulnek, ıgy a TGEM-eket sem szabadhuzamosabb ideig szikrazasnak kitenni.

A vastag GEM-ek feluletet gyakran nagy ellenallasu anyaggal vonjakbe (rezoxid, grafit,...) mely segıtsegevel a kisulesek energiajat kıvanjakcsokkenteni. Az ilyen ”ellenallo vastag GEM-eket” nevezik ReTGEM-nek(Resistive Thick GEM) [42].

A szikrazas vizsgalatahoz elengedhetetlen a szikra, mint jelenseg,detektalasa. Termeszetesen precız meresekhez ezt nem elegendo ”szemmelfigyelni”, s ez nem is mindig kivitelezheto, peldaul a nyalabtesztes mereseknela nyalab jelenleteben (amikor merunk) biztonsagtechnikai okokbol nem leheta meresi zonaban tartozkodni. A szikrak szamlalasat lehet egy specialisanerre kifejlesztett nagyfeszultsegu tapegyseghez kapcsolodo muszerrel merni,mint egy gyors adatrogzıteses digitalis arammero [90], am erre nekunk nemvolt lehetosegunk.

Az analıseim soran a szikrazas vizsgalatanak egy offline modszeretfejlesztettem ki. A szikrak utan a TGEM-ek feszultsege lecsokken (s ennekvisszatoltodeset lenne hivatott merni a fent emlıtett arammero), ıgy mıgvissza nem all az eredeti allapot, a kamra ”vakka” valik a kovetkezo

54

1

10

100

1000

10000

0 20 40 60 80 100

Gya

koris

ág

Üres eseménysor hossza [esemény]

Normál működés

Szikrázások

UTGEM = 1180 V

29. abra. Az uresesemeny-blokkok hosszanak eloszlasa. Jol lathatoan a nagyhatasfoku kamraban rovid blokkok jelennek meg, am a szikrak hosszu idorevakka teszik a kamrat a soron kovetkezo reszecskekre.

reszecskekre. Ezt a rovid ideig tarto feszultseg-erosıtes-hatasfok csokkenestlehet kozvetlenul vizsgalni a felvett adatokon.

Az egymast koveto ures esemenyek szekvenciajanak hosszanak eloszlasatmutatja a 29. abra. Jol lathato rajta a kis ertekeknel megjeleno eloszlas, melya kamra normal mukodesebol adodik (a nem 100%-os hatasfok miatt nemcsak nullanal, hanem pozitıv szamoknal). A hosszu uresesemeny-blokkoknallathato csucs a szikrak megjeleneset mutatja. A modszer termeszeteselonye, hogy ıly modon barmely korabban felvett adatsorbol offlinemodon is rekonstrualhato a szikrak megjelenese, mely lehetoseget biztosıtreszletes vizsgalatukra. Alacsony hatasfok eseten a normal mukodesuresesemeny-blokk tartomanya megno ıgy elvileg nehezebben valaszthatoszet a szikraktol, am kis erosıteseknel sokkal kevesbe jelennek meg szikrak,azaz az erdekes tartomanyban a modszer problema nelkul hasznalhato.

A fenti modszer segıtsegevel szisztematikusan megvizsgaltam a szikrakmegjelenesenek valoszınuseget a relevans parameterek szempontjabol(TGEM erosıtes es beutesszam suruseg). Eloszoris a szikrak megjelenesenekes a TGEM-en alkalmazott erosıtest befolyasolo feszultesgnek a kapcsolatatneztem. A 30. abran lathato, hogy nagyobb feszultseg eseten no a szikrazasivaloszınuseg. Megjegyzendo, hogy a szikrak szama nem az erosıtesselaranyosan (az a feszultseggel exponencialisan) no, mint azt naıvan varnaaz ember.

55

0

20

40

60

80

100

120

140

1120 1140 1160 1180 1200 1220

Szi

krák

szá

ma

TGEM feszültség [V]

Szikrák száma 100000 eseményben

Standard luminozitás [2 kHz/cm2]

30. abra. TGEM-en kialakulo szikrak valoszınusegenek valtozasa aTGEM-eken alkalmazott feszultseg fuggvenyeben.

A kamrat ero reszecskefelho surusege (beutesszamsuruseg, rate) isbefolyasolhatja a szikrak kialakulasast. Ennek vizsgalatara kulonbozonyalabintenzitasok eseten is ujramertem a fenti jelenseget. Nagyintenzitasoknal nem lehetett a nagyon nagy erosıtesu tartomanyban merni,mivel a kamra tul gyakran szikrazott, ami maradando karosodasokhozvezethetett volna. Az eredmenyeket a 31. abra foglalja ossze.

Adott erosıtes mellett az nyalabintenzitastol korulbelul linearisan fugg aszikrak megjelenesi valoszınusege, ami megegyezik a trivialis varakozasokkal.Ezt szemlelteti a 32. abra, melyen a 31. abra adott erosıtesu pontjailathatoak a beutesszamsuruseg fuggvenyeben.

Igen fontos kerdes, hogy a szikrat kovetoen a kamra mekkora holtidoutan kepes ujra megfeleloen mukodni. Ennek megallapıtasahoz azuresesemeny-blokkok hosszat lehet elsodlegesen merni. Azonban a szikrazasutani visszaallas nem pillanatszeru, ıgy a fenti modon meghatarozottszikrak hatasanak reszeletesebb vizsgalatahoz a hatasfok szikra utanivisszaallasat hataroztam meg. Az uresesemeny-blokk elejet tekintettem aszikra idopillanatanak, s az ezt koveto esemenyek ido-megszolalas adataitgyujottem a meres minden szikrajahoz. Ezen adatok egyesıtesevel kaptammeg egy atlagos szikra idolefutasat, melyet a 33. abra mutat. Az analızisttermeszetesen megismeteltem a kulonbozo erosıtesu TGEM-feszultsegbeallıtosokra is. A 33. abran jol lathato, hogy a 40 − 50ms hosszuuresesemeny-blokkot egy lassu, korulbelul 50ms-os visszaallas koveti. Azidoallando fuggetlennek mutatkozik az alkalmazott TGEM erosıtestol.

56

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1120 1140 1160 1180 1200 1220

Szi

krák

szá

ma

TGEM feszültség [V]

Szikrák száma 100000 eseményben

200 Hz/cm2

500 Hz/cm2

2 kHz/cm2

3 kHz/cm2

7.5 kHz/cm2

31. abra. Szikrak megjelenese kulonbozo TGEM feszultsegek esbeutesszamsuruseg mellett.

0

20

40

60

80

100

120

140

0 2000 4000 6000 8000

Szi

krák

szá

ma

Nyaláb luminozitás [Hz/cm2]

Szikrák száma 100000 eseményben

UTGEM = 1160 V

32. abra. Adott TGEM feszultseg eseten a szikrak megjelnesi valoszınusegearanyos a beutesszamsuruseggel.

57

0

20

40

60

80

100

0 50 100 150 200

Hat

ásfo

k [%

]

Szikra kezdetétől eltelt idő [ms]

UTGEM = 1200 VUTGEM = 1180 VUTGEM = 1160 V

33. abra. Hatasfok (atlagos) idobeli valtozasa egy szikrat kovetoen. Akulonbozo hatasokok esten is azonos idoallandoju valtozasban kozel 50+50ms utan regeneralodik a kamra.

Osszessegeben egy szikra hatasara a detektor korulbelul 100ms hosszannem mukodik megfeleloen, ami reszecskefizikai alkalmazasok soran igen sok.

A fentiek alapjan a MIP-ek generalta szikrazasi tulajdonsag(valoszınu a Landau eloszlas nagy energialeadashoz kotodo reszemiatt) sajnos megkerdojelezi a TGEM-ek hasznalhatosagat a HPTDgazdetektorokelemeikent.

58

10. Kozeli Katodos Kamrak vizsgalata

Az elozo (9.) fejezetben megmutattam, hogy bar a HPTD-hezelsokent megvizsgalt TGEM alapu detektorok [105] [104] tobb tekintetbenis megfeleloek, sajnos az aktualis technologiai sziten szikrazasi gyakorisagukmiatt nem alkalmasak a feladatra.

Ezert kerult kidolgozasra egy olyan sokszalas kamra, mely lehetosegszerint a HPTD kıvanalmainak kıvant megfeleli elsosorban, kisklasztermeretevel es kis anyagmennyisegevel. Az ıgy szuletett ”KozeliKatodos Kamra” (Close Cathode Chamber) [106] a fenti kıvanalmak melletttobb kellemes tulajdonsaggal is rendelkezik kulonosen a gyartastechnologiaies mechani tuljadonsagai oldalan [107]. Nem csupan a HPTD-nek kivalodetektor, de ma mar egyeb projektekben is megjelent a REGARD csoportmunkaiban [109] [111] [108].

10.1. A CCC technologia

A ”Kozeli Katodu Kamra” (Close Cathode Chamber, CCC) a REGARDes az ALICE-Budapest csoport altal kifejlesztett sokszalas technologia,melyet specialisan a HPTD detektor inspiralt. Ket legfontosabb jellemzoje akis klasztermeret es a tolerancia a mechanikai pontatlansagokra.

A CCC egy olyan soksalas proporcionalis kamra, melyben az erzekenyszalak mellett negatıv potencialu terformalo szalakat is hasznalunk, es aszalsık relatıve kozel helyezkedik el az egyik (parkettazott) katodhoz. A CCCsematikus rajzat a 34. abra mutatja.

34. abra. A ”Kozeli Katodu Kamra” (CCC) sematikus rajza.

A sokszalas kamraknal megszokott modon az athalado toltott reszecskealtal keltett elektronokat a pozitıv potencialu erzekeny szalakhoz vezetjukgyenge elektromos terrel, tipikusan a tavolabbi katodra kapcsolt negatıvpotenciallal (≈ −500V ). Az elektronok az erzekeny szalakhoz sodrodnak,s ott kialakul az elektronlavina. Mivel a szalak igen kozel helyezkednek el aparkettakhoz, ezert a kapacitıven csatolt toltes kevesbe terul szet, vekonyabb

59

lesz a parkettavalasz-fuggveny [32]. Tipikusan csak a megszolalo erzekenyszal alatti parketta fog jelet adni. Az ebbol adodo kis klasztermeret volt azelsodleges celja ezen kamrak kifejlesztesenek.

A klasszikus sokszalas kamrak eseteben a szalsıkkal nem szoktakilyen kozel (≈ 1.5mm) menni a parkettasıkhoz, mivel az esetlegesegyenetlensegek (nem tokeletesen sık nyak, tulnyomas hatasara puposodokamrafal, elektromos vonzas, ...) a lokalis erosıtesben nagy kulonbsegketideznek elo [25]. A CCC osszeallıtasban a negatıv potencialu terformaloszalak segıtsegevel meg lehet szabadulni ezen problematol.

A CCC osszeallıtas fenti stabilitasa abban rejlik, hogy letezik az erzekenyszalak es a terformalo szalak feszultsegenek olyan aranya, melynel az erosıteselso rendben nem fugg a kozelebbi katod tavolsagatol.

Ennek bizonyıtasara epıtettunk egy olyan sokszalas kamrat, melynel akamra ket vegen a szalakat kulonbozo magassagban rogzıtettuk a katodokhozkepest (1.5mm es 2.0mm). Az osszeallıtast a 35. abra szemlelteti. Ily modona kamra kulonbozo pontjai kulonbozo szalmagassagoknak feleltek meg, s aszalmagassagtol valo fugges egyetlen kamran tesztelheto volt.

35. abra. A dontott szalsıku kamra sematikus rajza.

A mereseket beta forras (90Sr) segıtsegevel vegeztuk, kis meretu (1.0mm)kollimatort hasznalva, ıgy a forras pozıciojanak ismeretevel ismert a szalsıkhelyi magassaga is. Kulonbozo feszultseg-beallıtasok eseten mertuk vegig akamraban ez erosıtest (a szalak menten). A eredmenyeket a 36. abra osszegzi.A fenti jelenseg elektrosztatikus kalkulacios munkait Kiss Gabor vegezte [34],eredmenyei jo egyezest mutatnak a kıserleti adatokkal (lasd: folytonos gorbeka 36. abran).

Lathato, hogy letezik olyan feszultsegbeallıtas, mely eseten a szalsık es azparkettasık tavolsaga elso rendben nem valtoztatja a gazerosıtest. Ily modona szalakat akar igen kozel is lehet vinni az also katodhoz kulonosebb technikaies mechanikai problemak nelkul, mely kovetkezteben a parkattakon kialakulojel jelentosen kisebb kiterjedesu lesz. A fentiekbol kovetkezik a CCCtechnologia masik nagy elonye, a mechanikai tolerancia: mivel a katodsıkok

60

36. abra. Sokszalas kamra relatıv erosıtes a szalsıktavolsag fuggvenyebenkulonbozo feszultsegaranyok eseten. A pontok a mert adatokat, mıg afolytonos gorbek a szamıtasokat mutatjak. [?]

egyenetlensege, illetve a szalak kisebb belogasa nem okoz problemat a kamramukodeseben (lasd 10.7.3. fejezet). Igy a szokvanyosan hasznalt nehez feszıtokeretekre [30] nincs szukseg, mely egyszerubb epıtesi modszert es kevesebbanyagot (material budget) engedenyez. Az altalunk epıtett fel negyzetmeterfeluletu kamra tomege csupan 2 kg volt (lasd a 10.7.1. fejezetben illetve[107]).

A CCC kamrakban a szalak egyenletes pozıcionalasat lezergravırozottmuanyag tavtartokkal oldottuk meg. A manapsag mar kommercialislezergravırozasi technika igen pontos es olcso lehetoseget kınal a fentifeladatra. A hosszu muanyagcsıkba parszaz mikron vastag valyatokatkepezve a szalak a felhelyezeskor szepen beleulnek, vagy utolag konnyenhelyreigazıthatoak.

A hosszu szalakat rovidebb szakaszokra osztva, ujra alatamasztva afent emlıtett muanyag tavratokkal (≈ 20cm-enkent) elkerulhetjuk a szalakjelentos behajlasat. Ily modon a szalakat csak az also kadodhoz ragaszottmuanyaglapocskak tartak, s a szalak teljes huzoerejet az also katod tartjameg.

Nagy meretu kamrak eseten a felso katod deformacioit (pl: puposodas atulnyomas hatasara) a kamra belsejeben elhelyezett kis oszlopok segıtsegevelcsokkentjuk. Az kis oszlopok merete tipikusan 3× 3× 10mm3.

A tavtartok es oszlopok lokalisan erzeketlenne teszik a detektort, ama kieso effektzıv felulet lenyegesen kisebb, mintha tobb kulonallo kamraboltennenk ossze a nagymeretu erzekeny feluletet [107]. A kerdeskort a

61

meresekkel s eredmenyeikkek a 10.7. fejezetben targyalom.

62

10.2. Adatgyujto rendszer

A meresek kivitelezesehez nelkulozhetetlen egy adatgyujto szoftverhasznalata. A meglevo infrastruktura es a specialis igenyek kielegıtesereegy sajat adatgyujto rendszert ırtam, mely a WignerFK GazdetektorLaboratoriumaban es a PS T10-es tesztmereseken egyarany hasznaltunk. Akorabban emlıtett (??. fejezet) TGEM-es meresek meresek ezen szoftverelodjevel kerultek rogzıtesre; a CCC alapu kamrak meresehez pedig mar ezthasznalta az egesz REGARD csoport. Valamint ezen adatgyujto rendszerreldolgoztunk a a 12. fejezetben talalhato TCPD labormeresein, illetve a 13.fejezetben targyalando precızios pasztazas eseten is.

10.2.1. A meresvezerlo programom

A labor- es tesztnyalab meresek soran hasznalt adatgyujto rendszert C,C++ es WxWidgets [88] nyelveken ırtam. A wx-tıpusu grafikus kezelofeluletsegıtsegevel barki konnyen hasznalhatta az adatgyujto rendszert a WignerFKGazdetektor Laboratoriumaban. A program magaba integralta a digitaliskiolvasast, a Camac tıpusu komminkaciot es egy mozgatomechanizmuskezeleset, valamint reszlegesen a meresi jegyzokonyv parameterbeallıtasireszeit. (A nagyfeszultseg tavvezerlesere is fel volt keszıtve, am azt a funkciotegyeb technikai okokbol kifolyolag nem hasznalhattuk.)

A grafikus kezelofelulet tobb ablakra oszlik, azok funkciojaszerint : MainFrame, LogFrame, FormerRunsFrame, HvContolFrame

es XyzTableFrame. Az osztalyok kapcsolodasat, illetve (a teljesseg igenyenelkul) fobb elemeit a 38. abra mutatja. A 37. abran lathato az adatnyujtorendszer grafikus feluleterol egy pillanatkep.

Az utobbi a jelen meresekhez nem hasznalt haromdimenziosasztalmozgato-mechanikanak a kezelesere szolgal. Precızios beallıtasaravalamint pozıciovaltoztato meressorozatok tervezesere, koordinalasaraes indıtasara. Ezt a funciot a 13. fejezetben targyalt meresek miattimplementaltam a rendszerbe.

A HvControlFrame a nagyfeszultsegu tapegysegekkel valokomminukaciot hivatott betolteni. Egyszerre maximalisan nyolc kulonbozotapfeszultseget tud kezelni. A nagyfeszultsegu tapokat (10.2.2.fejezet)azok kisfeszultesgu analog bemeneten kereszult vezerli egy demultiplexer esnyolc digital-analog konverter segıtsegevel. A megadott feszultsegerteketaz adott nagyfeszultseg kalibraciojatol fuggoen digitalizalja, s a cımzest esa konvertalt bitsort LPT porton tovabbıtja a kontrol egyseghez, mely azadott cımu taphoz tartozo DAC-t atırja az uj ertekre. Sajnalatos modonezt a funciot technikai okok miatt nem tudtuk a kesobbiekben hasznalni,

63

37. abra. Az altalam ırt adatgyujto rendszer grafikus felulete. Lathatoaka fobb ablakok : fopanel, log, pozıcionalo, elozo futtatasok, aktualis meresgrafikonja, valamint a futtato terminal.

hardveres fejlesztese jelenleg is tervben van.A kesobbi nyomkovetest (es hibakeresest) az esemenyek reszletes rogzıtese

teszi lehetove. Minden esemenyrol feljegyzes keszul, a pontos idomegjelolesevel, s harom kulonbozo helyre is kiırodik. Egyreszt a LogFramenevu ablakba, mely az adott futtatas feljegyzeseit tartalmazza, valamint afuttato terminalra is. Mivel ezek idovel (uj futtatas illetve masik terminalindıtasa alkalmaval) elvesznek, ıgy minden feljegyzest fajlba is rogzıtek,havonta ujabb fajlt nyitva.

A FormerRunsFrame nevu ablak a meroprogram indıtasa ota futtatottmeresekrol ad egy listat, ıgy konnyen lathato az utobbi idoben vegzettmeresek sora s parameterei. Az itt felsorolt futtatasok adatinak alapvetogyors vizualiıaciojat, az egyszeru hisztogrammokat (mely minden meres utanis megjelenik) itt barmikor ujra megtekinthetjuk.

A grafikus kezelofelulet kozponti es egyben legfontosabb eleme aMainFrame nevu fopanel, mely tovabbi reszekre tagolodik. Fejreszebentudjuk megadni az meres sorozatszamat, melybol (a datummal egyutt) azadatfile neve adodik; valamint a felvenni kıvant esemenyek maximalis szamatis itt allıthatjuk be.

Ezt koveti a jegyzokonyvreszletnek is megfelelo parameterek megadasa,melyeket a meres soran manualisan allıt be az ember. Ide tartozik avizsgalando kamra vagy kamrak tıpusanak es sorszamanak megadasa, a

64

38. abra. Az adatgyujto rendszer osztalyainak es fobb elemeinek, valamintkapcsolodasaiknak sematikus rajza.

beallıtott feszultseg tıpusok es ertekeik (amennyiben az adott csatornaegy tavvezerelt nagyfeszultsegu egyseghez tartozik, akkor az ertekadasautomatikus atadodik a HvContol-nak). Valamint megadhatjuk ahasznalt gaz osszetetelet es egyeb ismert parametereit is, valamint azhasznalt elektronikakat listajat is. Ezen parameterek nem befolyasoljataz adatrogzıtest, am elmentodnek egy ”.sett” kiterjesztesu, beallıtasokattartalmazo fajlba kesobbi hasznalatra illetve emlekeztetonek. (Peldaul azadatanalızis soran ezen beallıtas faljokbol konnyebben inicializalhatoak afobb ertekek, illetve program szinten kiolvashatoak a fontos feszultseg- espozıciobeallıtasok.)

Ezek utan utan a meres alapveto paramietereinek megadasa kovetkezik.A digitalis kiolvasasnal a kiolvasando bitek szama mellett megadhatjuk azinvertalasi pontokat, illetve a holt csatorak sorszamat. A Camac tıpusuadatgyujesnel meg kell adni, hogy milyen tıpusu modul hol helyezkedik ela keretben, s annak mely csatornait kıvanjuk kiolvasni. A ketfele kiolvasasimod egyszerre is hasznalhato, ekkor idorendben a digitalis kiolvasas az elso,mivel az azonnal keszen all, mıg a Camac rendszernel meg kell varni az egysegLAM jelet [77] (10.2.2. fejezet). A Camac kiolvasas beallıtasainal a modulkivalasztasa utan jelennek meg a modulspecifikus parameterek (peldaul aCaen 16 csatornas ADC [79] eseten a digitalizacios nagysagrendet meg kell

65

adni az egysegnek). Itt adhatjuk meg azt is, hogy a kiolvasott adatokmilyen formaban es milyen gyakran jelenjenek meg a kepernyon (a hatterterminalon).

A MainFrame-en a fentieken tul harom gomb talalhato:Start, Stop,Quit. Legutobbi kilep a programbol, a masik ketto a meresiprocedurat indıtja illetve allıtja meg. A meres mindekeppen megall, haelerni a beallıtott maximalis esemenyszamot, am elobbi megszakıtasat aStop gombbal erhetjuk el, mely a kovetkezo engedelyezett kilepesi pontban(soha nem egy esemeny kozben) leallıtja a meresi procedurat.

Az indıtott meres egy uj szalon fut, ıgy a grafikus felulet a meresideje alatt valtozatlanul hasznalhato (peldaul a korabbi meresi erdemenyekujboli megtekintesere). A meres indıtasakor eloszor par rutin ellenorzestvegez (van-e beallıtott felelos ember, letezik-e mar adott neven korabbifajl,...) majd mar az uj szal ertelmezi aMainFrame-ben beallıtott kiolvasasiparametereket es letrehozza az esemenyszintu kiolvasasi rutint.

Ezt kovetoen indul az esemeny-ciklus: varakozas a digitalis LAM jelre(lasd 10.2.2. fejezet), digitalis adatok kiolvasasa, majd minden Camac egysegeseten varakozas a LAM jelukre (kiveve a szamlaloknal), majd kiolvasasuk;az adatok (esemenyszam, elozo esemeny ota eltelt ido, es a kiolvasottertekek) fajlba ırasa, majd a beaallıtasoknak megfeleloen a keprenyon valomegjelenıtesuk.

A felvett adatok adott rend szerint kerulnek kiırasra a futtatashoztartozo fajlba. Minen futtatashoz harom fajl tartozik, nevuk eleje”YYYYMMDD runXX”, ahol ”YYYYMMDD” az adatfelvetel kezdetenekdatumat adja (ev,honap,nap), illetve ”XX” a futtatas sorszamat. Aharom fajl kiterjeszteseben kulonbozik: ”.sett” a beallıtasi parameterekettartalmazza, a ”.ebe” az esemenyenkenti nyers adatokat, a ”.hists” a futtatasvegen a meroprogram altal letrehozott hisztorammokat tartalmazza a gyorsvizsgalatokhoz.

A beallıtasokat tartalmazo faljban (.sett) talalhato a meroprogrambanbeallıtott parameterek osszessege, valamint a meres pontos ideje(datom,ora,perc). A hisztogramm fajlban 1+1+N darab hisztogrammtalalhato: elso az egyes digitalis csatornak megszolalasi gyakorisaga, masodika megszolalo digitalis csatornak szamanak gyakorisaga, vegul pedig mindenkiolvasott Camac csatorna adatainak gyakorisag hisztogrammja. Ezenreszletes analızis nelkul letrehozhato indikatorok kivaloan mutatjak, havalamifele problema lenne az adatok minosegevel (rossz csatornak, nembekapcsolt kamra, ...).

A esemenyfajlban tarolom a futtatas nyers adatait. (Az ”.ebe” vegzodesutal az ”event-by-event” azaz esemenyenkentisegre.) Minden esemeny kulonsorban foglal helyet. Minden esemenynel negyfele adatot rogzıtek. Elso:

66

az esemeny sorszama, mely ugyan elvileg azonos az adott sor sorszamaval,az esetleges kiırasi hibak kikuszobolesehez igen fontos; valamint az analızissoran kivalo debugolo/ellenorzo parametert biztosıt. Masodik: az elozoesemeny ota eltelt ido mikroszekundumban, az ertekes idoinformacio a meresutan is rekonstrualhatova teszi a triggerek, a meresi ido, es a hosszu tavuviselkedes vizsgalatat (mint lathattuk peldaul a 9.3.4. fejezetben). Harmadikcsoport: a digitalis adatok, a beolvasas sorrendjeben ”1” vagy ”0” karaktereksora, a nyers adat. Null-elnyomasos adattomorıtes eseten a digitalis adatokstrukturaja mas: elso szam megmutatja, hogy hany ”1”-es van az adatsorban,majd ezek helyenek felsorolasa kovetkezik. Negyedik csoport: a Camacadatok, a kiolvasas sorrendjeben a modulokbol kiolvasott egesz szamoksorozata.

67

10.2.2. Hasznalt elektronikai egysegek

A meseri osszeallıtasokban a logikai egysegek nagy reszet a szokasos NIMtıpusu modulokbol allıtottuk ossze:- NIM LeCroy 465 Coincidence Unit [73],- NIM LeCroy 612A Amplifier Unit [74],- NIM Borer 341 Multiscaler,- NIM LeCroy 222 Dual Gate Generator [75],- NIM LeCroy 428F FIFO [76].Valamint egy a csoport altal hazilagosan gyartott ”Trigger Unit” egysegbol.A ”Trigger Unit” NIM tıpusu trigger jeleket fogad, melyeket a LAM es BUSYtiltas hianyaban tovabbıt a kapuformalo resze fele, ahonnan az elkesleltetettes megnyujott jelet kivehetjuk. Az atjuto trigger bebillenti a LAM-ot, amitcsak a BUSY kulso felkapcsolasaval szuntetheto meg. A meresek soran ezenegyseg adta az alapveto LAM jelet a digitalis meresek eseten. Az 39. abramutatja felepıtesenek vazlatat.

BusyTrigger Out

Trigger In

dt = 500 nsw = 1000 ns

LAM

39. abra. A ”Trigger Unit” egyseg mukodesenek logikai rajza amegvalosıtasnal is hasznalt NOT es NOR kapukkal. (A impulzus kesleltetoes nyujto egyseg reszletezeset mellozve.)

A meresek soran hasznalt Camac egysegek:- Camac Caen C111 Ethernet Controller [80],- Camac Caen C1205 QADC [79],- Camac LeCroy 2249A ADC [78],- Camac LeCroy 2551 Scaler [81].

A meresekhez hasznalt detektor oldali elektronikak a REGARD csoportsajat fejlesztesei. Ezen csalad tagjai konnyen beszerezheto es olcsoalkatreszekbol felepulo, tobbnyire kis dinamikai tartomanyu, tobbcsatornaserosıtok. A nyakokat az Eagle [85] programmal terveztuk, melyek ”Eagle5.7.0 for Ubuntu” verziojat hasznaltuk. A nyakok maratasast a BME

68

40. abra. Az ”A.I.8.8.” nevu analog erosıto kapcsolasi rajza (bal) esnyakrajza (jobb). Az erosıto negy 4069-es fokozatot tartalmaz mind a nyolccsatornajan.

Elektrotechnikai Tanszekenek Nyomtatott Huzalozas Laborkomplexumaban[86] totent.

Egy invertalo tıpusu logikai IC rezisztıv visszacsatolasaval az IC logikainulla es egyes allapota kozott tartjuk a kaput. Egy kis feszultsegvaltozashatasara az atvaltasi meredeksegnek megfelelo negatıv erosıtest kapunk. Eztaz ”ON Semiconductor” altal gyartott kommercialis CD4069-es inverterrel[83], illetve MC14001B [82] tıpusu NOR kapuval (masik bemenete foldelve)valosıtottuk meg. Az ilyen tıpusu erosıto fokozatokat (tipikusan 3,4 fokozat)kondenzatorokkal kapcsoltuk egymashoz. Egy ilyen tıpusu, nyolccsatornas,negy 4069-es fokozatu erosıto kapcsolasi- es nyakrajza lathato a 40. abran.

A legtobbet hasznalt detektor oldali erosıto, a ”D.IN.3.16.” nevu 16csatornas, invertert es NOR kaput is tartalmazo erosıto, melynel az erosıtettjelek egy 74HCT165 [84] tıpusu PISO (Parallel In / Serial Out) shiftregiszterbe kerulnek feszultsegeltolas utan. A kulobfeszultseg megfelelomegvalasztasaval (a zajszint felett kicsivel) mind a 16 csatorna 1 bitesdigitalizacioja tortenik meg. A soros kiolvasasu regiszter hasznalatanaknagy elonye, hogy sok ilyen tıpusu egyseg lancra fuzheto, s a tejles rendszerkiolvasasahoz csak egy orajel es egyetlen visszajovo adat kabel szukseges(valamint egy idokijelolo jel a mintavetel idopillanatanak megadasahoz).A ”D.IN.3.16.”-os elektronika nyakrajzat, illetve a kesz panelt a 41 abramutatja.

69

41. abra. Az ”D.IN.3.16.” nevu digitalis 16 csatornas erosıto nyakrajza (bal)es az elkeszult panel (jobb). Az erosıto mind a 16 csatornaja egy 4069-eses egy 4001-es kapu utan feszultsegeltolassal jut a shift regiszterbe, ahonnankesobb sorosan kiolvashato az 1 bitre digitalizalt adatsor.

.

70

10.3. Az analızis program

A meresek kiertekelesehez az analızis programot C/C ++ nyelven ırtam.A program meresi faljok egy listajaval dolgozik; ez praktikus a

teszmeresek kiertekelesenel, mivel gyakran kıvanjuk az egyes hasnolo (egy-ketparameterben eltero) futtatasokat egymashoz hasonlıtani.

A listafaljban megadhatunk egy ”alapfajlt” is, melyet a tobbi reszletesanalızise elott megvizsgal a program. Ez a falj szolgal referenciakentpeldaul a kamrak finom pozıcionalasahoz, vagy a kulonbozo ADC csatornakkalibralasahoz.

A programban tobb analızis modot implementaltam, mely a lenyegenesenkulonbozo kıserleti osszeallıtasokhoz tartoznak (a tovabbiakban az CCCmeresekhez leggyakrabban hasznalt modot mutatom be). Az analızissoran tobbfele feladatot (”AnalyseTask”) vegezhetunk el. Minden ilyenfeladatkornek harom alapveto binaris parametere van melyeket ki es be lehetkapcsolni parancssori kapcsolokkal : a szamıtas, a kepernyore ıras es a fajlbamentes.

Az analızis mod es a feladatok beallıtsa utan a fent emlıtett alapfajlbeolvasasa kovetkezik, majd a fajllista minden elemere elvegzi a program akıvant analızist. A futttasokat kulon kezeli, s azokon belul is minden esemenyfuggetlennek van tekintve.

Az esemeny szintu analızis soran a futtatas adott esemenyhez torozoadatait kell eloszor kamrajelekke konvertalni (ismerve a kiolvasasi lancot).Ezutan mar kamra illetve kamrarendszer szinten lehet dolgozni az adatokkal.Az analog es digitalis jeleken vegzett analızisek bemutatasat a kovetkezoalfejezetekben mutatom be.

A program lepeseinek sematikus vazlata a kovetkezo:

Az analızis program lepesei:

1. Parameterek beolvasasa

2. Analızis mod kivalasztasa

3. Lista fajl beolvasasa

4. Alapstruktura rogzıtese

5. Alapfajl megnyitasa, parameterinek beolvasasa

6. Esemeny ciklus (minen esemeny vagy limitalt)

(a) Adatok beolvasasa, dekodolasa

(b) Esemeny preanalizalasa

71

7. Eredmenyek osszesıtese, alap parameterek kiszamıtasa

8. Kiıratas kepernyore

9. Minden futtatasra a listaban

(a) Futtatas parametereinek beolvasasa

(b) Analızis inicializalasa

(c) Minden esemenyre

i. Adatok beolvasasa, dekodolasa

ii. Esemeny analizalasa

(d) Eredmenyek szamıtasa

(e) Alapabra-szktiptek keszıtese

(f) Kiıratas fajlba

(g) Kiıratas kepernyore

10. Alapabrak megjelenıtese .

Az egyes esemenyek analızisenek lepesei:

1. Kamrajelek feloltese

2. Klaszterkereses

3. Hatasfok es uniformitas szamıtasa

4. Reszecskepalya keresese

5. Relatıv pozıcionalas vizsgalata

6. Idofugges frissıtese

7. Mintazat ertelmezese

8. Egyeb specialis analızisek

72

10.4. Meresi osszeallıtasok

A CCC kamrakat a Wigner FK gazdetektor laboratoriuman kıvul aCERN PS gyorsıto T10-es nyalabteruleten is volt szerencsenk tesztelni. AT10-es zona reszecskenyalabja a HPTD-CCC tesztek celjainak tokeletesnagy impulzusu (1-6 GeV/c) reszecskenyalabot biztosıt, mely az egymasmogott elhelyezett kamrak soran konnyeden athatol. A laboratoriumimeresek kozott a 90Sr beta forrasos meresek mellett kozmikus mereseketis vegeztunk, mely a nyalabnal is emlıtett nagy athatolokepesseg miattalkalmas tobb kamra egyszerre torteno tanulmanyozasara. Ez azert is fontos,mivel bizonyos parameterek (hatasfok, szogfelbontas) leginkabb athaladoreszecskekkel vizsgalhatoak megfelelo biztossaggal.

A forrasos meresek eseten a forras, kamra, szcintillator elrendezesthasznaltuk s a szcintillator adta diszkriminalt jelre, mint triggerre olvastukki a kamra (mind digitalis, mind analog) jeleit a megfelelo kesleltetessel(hasonloan, mint a ??. fejezetben).

A kozmikus illetve PS nyalabmeresek eseten tipikusan a parhuzamosanelhelyezett kamrak ele es moge elhelyezett szcintillatorok koincidenciajaratriggerelve olvastuk ki a kamrak jeleit (hasonloan, mint a ??. fejezetben).

42. abra. Mesei osszeallıtas a CERN PS T10-nel 2009 augusztusaban.Negy parhuzamosan allo CCC kamra, 1 dimenzios digitalis kiolvasassal.Elotte-mogotte 1-1 szcintillator a nyalab definialasahoz. A rendszer azalumınium kerettel egyutt konnyen forgathato volt.

A PS-es meresi osszeallıtasokrol keszıtett egy-egy fotografia a 42., 43.es 44. abran lathato rendre a 2009, 2010 es 2011-es evekhez kapcsolodoan.

73

A vezerloteremben illetve a zonaban hasznalt elektronikai egysegekrol (lasd10.2.2. fejezet) a 45. abran lathato egy-egy fotografia.

43. abra. Meresi osszeallıtas a CERN PS T10-nel 2010 nyaran. Het CCCkamra, melyekbol harom darab ketdimenzios kiolvasasu. Valamint a kisebbkamrak mogott lathato egy 50 cm-es CCC kamra, az elso nagymeretutechnologiai prototıpus. A kamrakat itt is szcintillarotok fogjak kozre.

44. abra. Meresi osszeallıtas a CERN PS T10-nel 2011 nyaran. 2x2 darabMIP kamra kozott foglal helyet a ket 1 × 0.5m2-es L0 kamra, valamint a2010-es 50cm-es kamra.

74

45. abra. A CERN PS T10-es meresi osszeallıtashoz tartozo vezerlo esadatgyujto elektronikak. (bal) A vezerloteremben levo nagyfeszultesegegysegek, oszcilloszkop, jelkabelek vegei es NIM keret a trigger logikakepıtesehez. (jobb) A meresi zonan belul volt erdemes elhelyezni akisfeszultesgu tapegyseget, a szinctillatorok erosıtojet (NIM keretben) es aCamac ADC-t.

.

75

10.5. Altalanos kamravizsgalat

A CCC kamrak altalanos mukodesehez eloszor az analog jeleket praktikusmegvizsgalnunk, mind oszcilloszkopon, mind ADC meresekkel. A digitalismeresek eseten ezt a hatasfok merese valtja fel, mely a 9.3.2. fejezethezhasonloan a nagyfeszultseg es diszkriminacios szintek megfelelo beallıtasatkoveteli meg.

Mindemellett a feldeszalas CCC kamra 10.1. fejezetben bemutatotttulajdonsagat is megerosıtettem reszecskenyalabos meresekkel is.

10.5.1. Analog jelek

A kamra analog jeleinek vizsgalatat legegyszerubben radioaktıv betaforrassal tehetjuk meg. Az altalunk hasznalt 90Sr forras altal keletettelektron energiaja (lasd 9.3.1. fejezet) elegendoen nagy ahhoz, hogy parmillimeternyi uvegszalasepoxin athaladjon, ıgy a kamra ”atloheto” vele.(A sugarzasnak csak egy resze halad at a kamran, a tobbi megall akamra belsejeben, falaiban.) A kamran athalado reszecskeket szcinitllatorralerzekeljuk, s ezt a jelet hasznaljuk triggernek. Az elso CCC kamra ilyentesztjenek fotoja lathato a 46. abra bal oldalan, mıg jeleinek oszcilloszkoposkepe az abra jobb oldalan.

46. abra. (bal) Az elso CCC kamra, felette beta forras, alatta egy szcintillator,hogy trigerelni lehessen az atmeno reszecskekre. (jobb) A bal oldaliosszeallıtas jelei az oszcilloszkopon, zolddel a trigger, kekkel es lilaval a kamraszalainak es parkettainak jelei; mint lathato, tobb esemenyre kumulalva.

A CCC kamrakon hasznalt nagyfeszultseg fugg a szalak atmerojetol, atoltogaztol, valamint a belso geometriai elrendezestol (8. es 10.1. fejezetek,illetve peldaul [25] es [?]). Az altalunk altalaban hasznalt parameterek eseten(øSW15−21µm, øFW100−120µm, gaz: Ar/CO2 : 80/20) az erzekeny szalakstandard feszultsege ≈ 1000 − 1050V , a terfomalo szalak es a katod pedig≈ −500V .

76

Bar a labormeresek soran is kozel minimum ionizalo reszecskekkeltesztelunk, a nyalabmeresek alkalmaval is igazolni illik a kamrak normalmukodeset. A 47. abran lathato a 2009-es elso CCC-s HPTD nyalabtesztalkalmaval rogzıtett oszcilloszkop abra, melyen az egyik CCC kamra (CCC-7)analog jele lathato nehany athalado nyalabreszecskere. A jel es a zaj kivaloanszetvalaszthato egymastol, mely a kamra kifogastalan mukodesere utal.

47. abra. Oszcilloszop kep egy CCC kamra analog jelirol a rajta athalado PSnyalabban. A sarga jel a szcintillatorok koincidenciaja, a zold a CCC7-eskamra szalairol vett jel. A jel es zaj tartomany jol szetvalik, a kamramegfeleloen mukodik.

77

10.5.2. CCC uzemmod vizsgalata

A nyalabmeresek soran a ”ferdeszalas kamrat” (lasd: 10.1. fejezetilletve 35. abra) is tudtuk tesztelni nagyenergias athatolo reszecskekkel.A pozıcioerzekeny L1-es kamrak (lasd: 10.6. fejezet) koze helyeztuk ela ferdeszalas kamrat. A PS-nel hasznalt nyalab eleg szeles ahhoz (≈10cm), hogy szinte a tejles ferdeszalas kamrat lefedje, ıgy egyetlen futtatasalkalmaval egyszerre lehetett tesztelni a kulonbozo szalsıktavolsagokat.

A scintillarotokra triggerelt esemenyek felvetele soran az L1-es kamrakatdigitalisan, mıg a ferdeszalast CamacADC-vel olvastuk ki. Igy az L1-eskamrak altal meghatarozhattam minden athalado reszecske palyajat (lasd:10.3. es 10.6. fejezetek), melybol kiszamıtottam a ferdeszalas kamran valoathaladas helyet. Az athaladas helyenek monoton fuggvenye a szaltavolsag,ıgy valodi MIP reszecskekkel valt vizsgalhatova a CCC koncepcio mukodese.

A meres soran (a kamra csak reszleges lefedettsege miatt) az 1.6 −2.0mm szaltavolsag tartomanyat vizsgalhattam. Egyetlen (hosszu) futtatasalkalmaval a teljes erzekeny tartomany szinte egyideju vizsgalata valtlehetsegesse adott feszultsegen. Kulonbozo feszultseg-beallıtasoknal vettunkfel adatokat, ugy, hogy a gazerosıtes kozel azonos legyen minden esetben.

Az analızisem soran a ferdeszalas kamrat reszegysegekre bontottam”x” iranyban (azaz szaltavolsagban is), s az esemenyenkent kiolvasotttoltest az L1-es kamrak altal meghatorozott palya adta reszegyseghezrendeltem hozza. Az egyes reszegysegek Landau eloszlasaibol az erosıtestmeghataroztam minden esetben. A kulonbozo feszultsegbeallıtasok mellettfelvett eredmenyeket a 48. abra mutatja. Az erosıtes valtozasat ilyen kiselteresnel egyenessel kozelıtve kiszamıtottam az erosıtes szaltavolsagtol fuggovaltozasat is az alkalmazott feszultsegarany fuggvenyeben, melyet a 48. abrajobb also resze mutat.

A meresek egyertelmuen igazoljak, hogy letezik olyan feszultsegbeallıtas,mely eseten az erosıtes a szaltavolsagtol elsorendben nem fugg (CCC mod).Az szamszeru eredmenyek megegyeznek a szamıtogepes kalkulaciokkal es abeta forrasos meresekkel (10.1. fejezet).

78

80

90

100

110

120

1.6 1.7 1.8 1.9 2

Erő

síté

s [a

dc]

Száltávolság [mm]

SW: 800, FW: -920

80

90

100

110

120

1.6 1.7 1.8 1.9 2

Erő

síté

s [a

dc]

Száltávolság [mm]

SW: 850, FW: -780

80

90

100

110

120

1.6 1.7 1.8 1.9 2

Erő

síté

s [a

dc]

Száltávolság [mm]

SW: 900, FW: -640

80

90

100

110

120

1.6 1.7 1.8 1.9 2

Erő

síté

s [a

dc]

Száltávolság [mm]

SW: 1000, FW: -360

80

90

100

110

120

1.6 1.7 1.8 1.9 2

Erő

síté

s [a

dc]

Száltávolság [mm]

SW: 1050, FW: -220

-6

-3

0

3

6

9

0 0.3 0.6 0.9 1.2

Erő

síté

s vá

ltozá

sa [%

]

- UFW / USW

Relatív változás 0.1 mm-enként

48. abra. Ferdeszalas kamra es a CCC koncepcio kıserleti vizsgalata a PSnyalabbal. Az elso ot abran az erosıtes szaltavolsagtol valo fuggese figyelhetomeg kulonbozo feszultseg-beallıtasoknal. A hatodik abran az elozoek lineariskozelıtesebol szamolt relatıv erosıtesvaltozas lathato a terformalo es erzekenyszalak feszultsegeinek aranyanak fuggvenyeben. Lathato, hogy 900V/640Vfelel meg leginkabb a CCC uzemmodnak.

.

79

10.5.3. Hatasfok

Az elozo fejezetben megmutattam, hogy a CCC kamrak kivaloanmukodnek, legalabbis ami az analog jeleiket illeti. A HPTD detektorbana CCC kamrakat azonban digitalisan fogjuk kiolvasni, ıgy igen fontos, hogya parkettakon keletkezett jelek illetve a digitalis elektronikak is megfeleloeklegyenek.

A kamra mudodesenek egyik legfontosabb jellemzoje a hatasfok, melymegmutatja, hogy az athalado reszecskek mekkora reszet eszleljuk. A9.3.2. fejezethez hasonloan ezt a kis szcintillatorokon athalado nagyenergiasreszecse adta jel koincidenciakara triggerelve merhetjuk.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

800 900 1000

Hat

ásfo

k

Érzékenyszál feszültsége [V]

Ar/CO2 : 90%/10%

CCC-4CCC-5CCC-7CCC-8

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

-600 -500 -400 -300 -200 -100 0

Hat

ásfo

k

Térformálószál feszültsége [V]

Ar/CO2 : 90%/10%

CCC-4CCC-5CCC-7CCC-8

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

900 1000

Hat

ásfo

k

Érzékenyszál feszültsége [V]

Ar/CO2 : 80%/20%

CCC-4CCC-5CCC-7CCC-8

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

-600 -500 -400 -300 -200 -100 0

Hat

ásfo

k

Térformálószál feszültsége [V]

Ar/CO2 : 80%/20%

CCC-4CCC-5CCC-7CCC-8

49. abra. A 2009-ben a PS-nel mert hatasfokgorbek a vizsgalt negydarab CCC kamrara az erzekeny illetve terformalo szalak feszultsegenekfuggvenyeben. Mindket gazkevek eseten jo hatasfokot erhetunk el meg abiztonsagos tartomanyban.

Egy adott kamra vizsgalatahoz az analızis soran a a tobbi kamra altalmeghatarozott reszecskepayakat tekintettem. Amennyiben volt egyetlenegyertelmu palya, mely athaladt a vizsgalando kamran is, megneztem,hogy az extrapolalt athaladasi hely kornyeken (±1 parketta) volt-e beutesa vizsgalando kamraban. Ezek osszeszamolasaval pontosan megadhato ahatasfok.

80

Termeszetesen a hatasfok fugg a digitalis elektronikak kuszobszintjenekbeallıtasatol is, mint ahogy azt a 9.3.2. fejezetben mar kifejtettem. A CCCkamrak eseteben is termeszetesen elvegeztuk a diszkriminacios szint fuggesvizsgalatat, kozmikus reszecskekkel es a PS-nel is. Az eredmenyek hasonloaka 9.3.2. fejezetben mar bemutatottakkal.

A hatasok jelentosen fugg az alkalmazott feszultsegektol es a gaztol. Mintazt az analog meresekbol lattuk a katodfeszultseg csak masodlagos szerpettolt be az erosıtes kialakıtasaban. Egy kritikus ertek felett (≈ −300V ) maraz osszes elektront idoben eljuttatja az erzekeny szalakhoz, ıgy ezen ertekfelett ”szinte” mindegy, mekkora feszultesget kap.

A CCC kamra viselkedesenek szamıtogepes kalkulacioibol, valamint akorabbi laboratoriumi meresekbol is lathato, hogy az egyes elektrodokfeszultsegei korulbelul SW : FW : C = 10 : 3 : 1 aranyban jarulnak hozzaaz erosıteshez.

A katodfeszultseg mindvegig −500V -on rogzıtett volt. Az erzekenyszalakfeszultsegfuggese eseten a terformalo szalak feszultsege volt fix, mıg fordıtottesetben fordıtva. A mereseket tobbfele gazkevekkel megismeteltuk (Ar+CO2

gazkeverekek, 90% + 10% illetve 80% + 20% aranyban). Az eredmenyeket a49. abra mutatja mind a negy vizsgalt kamrara.

Lathato, hogy egyes kamrak nem ernek el olyan jo hatasfokot, mintmasok. Ennek elsodleges oka altalaban az egyedi elektronikai csatornakmeghibasodasa, s nem a kamra nem megfelelo mukodese; ezt majd a 10.6.fejezetben mutatom meg.

Egyetlen kamrara (CCC-7) vonatkozo eredmenyeket foglal ossze a 50.abra, aholis lathato, hogy mindket gazkeverek eseteben kivalo hatasfok voltelerheto a kamrakkal.

Különböző gázkeverékek összehasonlítása

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

800 900 1000

Hat

ásfo

k

Érzékenyszál feszültsége [V]

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-600 -400 -200 0

Térformálószál feszültsége [V]

10% CO220 %CO2

50. abra. A CCC-7-es kamra hatasfokgorbei a ketfele Ar : CO2 gazkeverekeseten.

81

10.6. L1 kamrak

A HPTD detektor egyik fontos resze a L1 szintu triggert szolgaltatokamrarendszer (7.2. fejezet). A fejezetben bemutatom a CCC kamrak ilyetenhaszalhatosagat a HPTD-nel. Ehhez elengedhetetlen a kivalo hatasfokes helyfelbontas, valamint a kicsi klasztermeret. A tobb kamrabol allorendszernel a beerkezo reszecskek szogenek rekonstrukcioja, valamint akamrak relatıv pozıcinalasa mellett az elozo fejezetben bemutatott hatasfokuniformitasat is vizsgaltam. Az L1-es hasznalathoz a kamrarendszeren eloallomintazatokat is rogzıtettem.

10.6.1. Klaszterek

A CCC kamrakrol erkezo digitalis jeleken a klasztereket tobbfelekeppenlehet definialni, jelen esetben az egybefuggo ”1”-esek sorozatat fogom erteniez alatt. A klaszter merete az azt alkoto megszolalo parkettak szama, azathalado reszecskehez rendelt hely pedig a klaszter kozepe (ami egy felegeszszam a kamra lokalis koordiatarendszereben).

A digitalis jelek ascii vizualizaciojat mutatja a 51. abra, melyen a nemzerus szogben beerkezo reszecskek nyomat szemmel is jol lathatjuk.

51. abra. A meroprogram (lasd 10.2.1. fejezet) altal online,ASCII-ban vizualizalt, nehany esemeny. Az esemeny sorszamat es azmikroszekundumban eltelt idot kovetoen lathatoan a digitalis jelek, ahol az”X” karakter az 1-es a ”.” karakter a 0 bitnek felel meg. A negy L1 kamrattartalmazo meresben jol lathato minden esemenyben a nagy szogben erkezoreszecskek palyaja.

82

A HPTD eseten a CCC kamrak egyik nagy elonye, hogy a relatıv kismertu klaszterek segıtsegevel a digitalis kiolvasas ellenere is kis betoltottsegetbiztosıt. A klaszterek merete a szaltavolsagon tul a lavina meretevel, s ıgy ahatasfokkal fugg ossze kozvetlenul. A 52. abran lathato, hogy mikent fuggaz atlagos klasztermeret a hatasfoktol. (A HPTD-nel az idealis eset a 100 %hatasfok es 1.0 atlagos klasztermeret lenne.) Valamint jol lathato, hogy azhatasfok-klasztermeret gorbe nem fugg a gazkeverek osszeteteletol (a vizsgaltmintan).

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Átla

gos

klas

zter

mér

et

Hatásfok

52. abra. Atlagos klasztermeret a kamra hatasfokanak fuggvenyeben,lathato, hogy az alkalmazott gazkeverekek eseten azonos. A ket szın a ketfelehasznalt gazkeverenek felel meg Ar : CO2 90:10 illetve 80:20 aranyban.

10.6.2. Nem merolegesen beerkezo reszecskek

Az ALICE magneses tereben halado toltott reszecskek szog alatt erik ela HPTD-t alkoto CCC kamrakat. Bar az L1-et ado mintazatok bonyolultstrukturak, elsodlegesen a beesesi szoggel kozelıthetoek.

A CERN PS T10-es zonajaban vegzett meresek soran az egymas mogottparhuzamosan elhelyezett CCC kamrak egy kozos kerethez voltak rogzıtve;ıgy a keretet a nyalabiranyhoz kepest elforgatva konnyen vizsgalhatova valta kamrak szogfelbontasa illetve a kamrak hatasfokanak szogfuggese.

A 2009-es, negy CCC kamrabol allo osszeallıtas fenti modon vettszogmeghatarozo keszseget a 53. abra mutatja. A detektalt szorasa kamra-rendszer felbontasanak es a nyalab iranyszorasanak egyuttese.Lathato, hogy a beesesi szog novekedesevel a felbontas jelentosen nem romlik.

83

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 2 4 6 8 10 12 14

Det

ektá

lt sz

ög [f

ok]

Elforgatás szöge [fok]

53. abra. Negy kamrabol allo CCC rendszer szogmeghatarozo kepessege.Az abran a detektalt szog a beallıtott fuggvenyeben lathato, a feltuntetetthibak az eloszlas szorasat mutatjak (mely a nyalab es a kamrak egyuttesbizonytalansaga).

A kamraban a beesesi szog novekedtevel a reszeke adott parketta felettipalyadarabjanak varhato hossza csokken, ıgy a romlik a hatasfok is.A 54. abran lathato, hogy a VHMPID szamara erdekes tartomanyban(10GeV/c → 2.1o), sot boven azon tul is a CCC kamrak detektalasi hatasfokakituno.

90

92

94

96

98

100

0 2 4 6 8 10 12 14

Hat

ásfo

k [%

]

Elforgatás szöge [fok]

54. abra. CCC kamrak hatasfoka a beesesi szog fuggvenyeben. A nagyimpulzusu reszecskekhez fontos par fokos tartomanyban (s azon tul is) ahatasfok kituno.

84

10.6.3. Relatıv pozıcionalas

A tobb elemet tartalmazo detektorrendszereknel igen fontos azalrendszerek golablis illetve lokalis pozıcionalasa valamint deformacioikismeret. Termeszetesen ezek idoben valtozhatnak, valamint peldaul azalkalmazott magneses ternek is fuggvenyei. Nagy kıserletekben ezek igenosszetett feladatokka valnak [87], akar tobb ezer szabadsagi fokkal. Azoptikai mereseken tul maguk a mert adatok, rekonstrualt reszecskepalyakis segıthetik precız a pozıcionalast.

A csupan nehany parhuzamos kamrabol allu L1-es tesztmeres esetenezen problema nagyban leegyszerusodik. Mivel detektorunk felbontasa amillimeteres skalan mozog, ıgy a kamrak kereteul szolgalo allvany pontosanktekintheto, s a kamrak ”x” (padekre meroleges) iranyu igazıtasa kerdeses.Ezen parametert a hasznalt osszeallıtasban egy kezzel allıthato csavar fixalta,mellyel 10 mm-en belul allıthato volt a kamrak helyzete.

A reszecskepalyak segıtsegevel vizsgaljuk a detektorok parametereit,valamint a reszecskenyomok mintazatanak vizsgalatahoz is igen fontos azx iranyu pozıcionalas.

Magneses ter hinyaban a reszecskek (mind a kozmikus, mind anyalaabtesztesk eseten) egyenes vonalu palyan haladnak. A reszecskepalyat akamrakon levo klaszterekre illesztett egyenessel azonosıtjuk. Minden kamranmeghatarozhato a palya illetve a klaszter tavolsaganak eloszlasa. Ezeneloszlas szelessege a kamra helyfelbontasat adja, mıg atlaganak nullatol valoelterese a nem megfelelo relatıv pozıcionalasra utal. Ezen ertek ugyan nemmaga a kamra relatıv pozıcioja, hiszen a tobbi kamra helyzetetol is fugg, amnem rossz kozelıtest ad a kerdeses ertekre. Ily modon nehany iteracio utanmegkaphatjuk a megfelelo pozıciokat.

Termeszetesen ez azt jelenti, hogy a pontos pozıcionalashoz mar az elejenrendelkezesunkre allt minden informacio, azaz letezik egylepeses modszeris: ha a kamrak fenti pozıcionalasi pontatlansagat egyszerre kıvanjukminimalizalni.

Legyen N parhuzamos kamra, nyalabiranyban zn tavolsagban, relatıvx-iranyu pozıciojuk: dn, ahol: n = 1..N . A mert I darab N -pontosesemenynel a klaszterek kozeppontjai: yni , az illesztett egyenes pedig: mi ·zn + bi, ahol i = 1..I.

A minimalizalando mennyiseg: a dn-ek figyelembe vetelevel kapott hibaka teljes esemenysoron:

ERR =∑

i

∑

n

(mi · zn + bi + dn − yni )2 (16)

ennek minimumat keresve a megfelelo parcialis derivaltak bi, mi, dn szerint

85

rendre:

∂ERR

∂bi⇒

∑

n

(mizn + bi + dn − yni ) = 0, ∀i (17)

∂ERR

∂mi

⇒∑

n

(miznzn + biz

n + dnzn − yni zn) = 0, ∀i (18)

∂ERR

∂dn⇒

∑

i

(mizn + bi + dn − yni ) = 0, ∀n (19)

Mivel a rendszer invarians a x-iranyu eltolasra illetve elforgatasra, ıgy a ha dn

megoldas, akkorDn = dn +A0zn +B0 is megoldas, ahol A0 es B0 tetszoleges

valos konstansok. Ezert tehetunk meg ket megszorıtast a rendszerre, legyenekezek a kovetkezok: a teljsen detektorrendszer ”maradjon a helyen” :

∑

n

dn = 0 (20)

valamint feltehetjuk, hogy a kozmikus illetve nyalabreszecskek atlagos beesesiszoge zerus : ∑

i

mi = 0 (21)

Az (17) egyenletbol mi-t kifejezve, s beırva (18) egyenletbe kapjuk:∑n y

ni −Nbi∑n zn

∑

n

znzn + bi∑

n

zn +∑

n

zndn −∑

n

znyni = 0 (22)

Az egyszerubb ırasmod kedveert bevezetem az kovetkezo jeloleseket:Z =

∑n z

n, B =∑i bi, Y

n =∑i y

ni , Yi =

∑n y

ni , UV =

∑n u

nvn. Igy az elozoegyenletbol a nevezot eltuntetve kapjuk:

ZZYi + ZDZ −XZYi = bi(NZZ − ZZ) (23)

Valamint (19) egyenlet a kezdeti megszorıtasok miatt egyszeruen

Idn = Y n − B (24)

Ezt zn-en szorozva es szummazva minden n-re a kapott kifejezesbol DZ-etbeırva (23) egyenlet i-re szummazott valtozataba kapjuk:

ZZY + IZ(ZZY − ZZB

IZ)− ZZY = B(NZZ − ZZ) (25)

abibol azonnal adodik: BN = Y , amit beırva (24) egyenletbe:

dn =NY n − Y

IN=

∑i y

ni

I−∑i

∑n y

ni

IN(26)

86

Az analızis soran a fenti szamıtasok alapjan az ”eloanalızis” reszben(lasd 10.3. fejezet) kiszamolom a relatıv pozıcionalast egy adottfuttatashoz. Ezt hasznalom az analızis soran a kamrak lokalis es a rendszerglobalis koordinatarendszere kozotti valtazhoz; peldaul a globalis palyameghatarozasa a lokalis klaszterkbol, illetve a fordıtott iranyban a hatasfokokszamıtasahoz.

A 55. abran a 2010-es tesztmeres egyik futtatasara lathatjuk a fentiigazıtas hatasat harom veletlenszeruen valasztott kamrara. Jol lathato (saz abran levo szamok is mutatjak), hogy az igazıtas utani atlagos varhatoelteres a parkettameret szazadresze pontossaggal zerus, ami igazja a fentimodszer hasznalhatosagat ezen egyszeru rendszeren.

-1 0 1

dX [parketta]

MT3Sw Átlag: -0.0151

Gya

koris

ág

-1 0 1

dX [parketta]

MT3Swigazítva

Átlag: -0.0005

Gya

koris

ág

-1 0 1

dX [parketta]

CCC8Pad Átlag: -0.1026

-1 0 1

dX [parketta]

CCC8Padigazítva

Átlag: -0.0027

-1 0 1

dX [parketta]

MT2Pad Átlag: -0.5574

-1 0 1

dX [parketta]

MT2Padigazítva

Átlag: -0.0021

55. abra. Egyes kamrakon talalt klaszterek es a teljes rendszerrelmeghatarozott reszecskepalya adta pont elterese. A felso sorban a nyersadatokbol, az also sorban a fejezetben kifejtett pozıcionalas utan.

87

10.6.4. Helyfelbontas

Az egyedi CCC kamrak helyfelbontasast megkaphatjuk a kamran hagyottbeutes/klaszter helyenek es az igazi palya metszesi pontjanak kulonbsegenekaz eloszlasasnak szorasabol. Az igazi palyat termeszetesen nem ismerhetjuk,am megfeleloen sok kamra eseten az osszesre illesztett egyenes igen jol kozelıtiaz igazi palyat. A mereshez egy relatıve sok reteget tartalmazo HPTDelrendezest (2011. nyari teszt meresek: 7 parhuzamos kamra) hasznaltam.

A 55. abran latszik harom kamra esetere az illesztett egyenes beutestolmert tavolsaganak eloszlasa. A felbontast az elobbi eloszlas szorasa adja,mely mindegyik karma eseten ≈ 0.3 parketta azaz ≈ 1.3mm.

A fenti eredmeny digitalis kiolvasas eseten a vart es kivalo ertek.Termeszetesen analog kiolvasassal a CCC kamrak felbontasa is javul, eztreszletesen a [?] cikkben targyaljuk.

A helyfelbontasbol adodoan a naıv szogfelbontas is meghatarozhato a parkamrabol allo rendszerekre. Ekvidisztans L tavolsagu N elemu rendszernel:

∆α ≈ ∆x/L/√N

Azonban az L1 trigger eseten nem egyszeruen a rekonstrualt beesesiszogbol, hanem a kamrarendszeren hagyott teljes mintazatbol kovetkeztetunka beerkezo reszecske impulzusara (lasd az 7.2. es 10.6.6. fejezetekben).Valamint a valos korulmenyek kozott megjeleno mas reszecskektol szarmazobeutesek (hatter) jelentosen elbonyolıtanek a szogrekonstrukciot.

88

.

10.6.5. Uniformitas

A kamra megfelelo mukodesenek a hatasfok az egyik legjobb indikatora,am a lokalis hibakra igen erzekeny (peldaul elektronikak meghibasodasa). Akamra jeleinek helyfuggeset is figyelembeveve definialhatjuk a kamra hatasfokterkepet, uniformitasat.

A hatasok szamıtasahoz hasonloan a vizsgalt kamra kivetelevel atobbire illesztett egyertelmuen meghatarozott egyenes palyabol indultamki. Amennyiben a kamra a megfelelo helyen megszolalt, jo esemenykentregisztralom, ellen kezo esetben nem. Ezen esemenyszamlalast nem atejles kamran, hanem annak egy tetszolegesen valasztott teljesen diszjunkfelbontasan (partıcionalasan) vizsgalva megkaphatjuk a hatasfok terkepet.A partıciokat az analızis soran a parkettakhoz (azaz az elemi elektronikaicsatornakhoz) igazıtottam.

Uniformitás

50

60

70

80

90

100

0 16 32 48

Parketta

MT-3

Hat

ásfo

k [%

]

50

60

70

80

90

100

0 16 32 48

Parketta

CCC-4

50

60

70

80

90

100

0 16 32 48

Parketta

CCC-5

50

60

70

80

90

100

0 16 32 48

Parketta

CCC-7

Hat

ásfo

k [%

]

50

60

70

80

90

100

0 16 32 48

Parketta

CCC-8

50

60

70

80

90

100

0 16 32 48

Parketta

MT-1

56. abra. Az abrak az egyes kamrak helyfuggo hatasfokat (uniformitasat)mutatjak, a bizonytalansagi hatarok a 95%-os valoszınuseget (likelihood)jelzik. A folytonos kek vonal a teljes kamra hatasfokat mutatja. Latszik,hogy a kamrak 95-98-99%-os hatasfokot hoznak hiban belul egyenletesen.

A 56. abran lathato hat kamra hatasfok terkepe / uniformitasa, a95%-os likelihood hatarokkal, valamint a teljes kamra hatasfokaval. Azabran kivaloan laszik, hogy a kamra hatasfoka igen egyenletes. A nyalabes szcintillatorok meretebol adodoan az egesz kamrat nem lehetett egyszerrevizsgalni, a nyalab szelen megjeleo kisebb statisztika okozza a kamrak szeleina nagy ertekbizonytalansagot.

Egyes kamraknal lathato, hogy nehany csatornahoz jelentosen kisebbhatasfok tartozik, mint a tobbihez (peldaul: CCC-5: 33,34). Ezek az erosıtoelektronikak egyes csatornainak elromlasat mutatjak (es az elektronikacserejevel kezelhetoek).

89

10.6.6. Minazatok

A HPTD L1-es triggerenek egyik igen fontos resze az esemenyvalogatas.A detektor retegeiben hagyott reszecskenyomok binaris jeleibol kell kitalalni,hogy volt-e nagy impulzusu reszecske. Ha a binaris lehetoseget B = 0, 1halmaznak nevezzuk, akkor a teljes detektorban keletkezo mintazatok (”teljesmintazatok”) halmaza T = BN ·L·K , aholN a retegek szama, L a φ iranyu mıgK az η iranyu parkettafelbontas. Mivel ezen teljes mintazathalmaz tul nagy,meg a jelen szamıtasi kapacitasok szamara is (szamossaga korulbelul 106000

egy egy negyzetmeteres darabra) ezert mindenkeppen erdemes a feladatot amatematikai oldalarol is megkozelıteni.

Bevezethetjuk az ”egyreszecske nyom” fogalmat, mely egyelen reszecskekeltette mintazat a detektroban. Termeszetesen ezek T egy reszhalmazatadjak (E).

Ezen tul fontos bevezetni egy R rendezest (nem teljes rendezes, csakreszleges rendezes) mint relaciot a fenti T halmazon, mely a megmutatja,hogy egy mintazat tartalmazza-e egy masik mintazatot. Legyen a rendezesiel a koveteko:

a, b ∈ T : R(a, b)⇐⇒ ∀l, n, k anlk ≤ bnlk (27)

Fogalmazzuk meg a keresesi feladatot a fenti fogalmakkal. Legyen adotta szamunkra erdekes egyreszecskemintazatok halmaza (peldaul jelen esetbena 10 GeV/c-nel nagyobb impulzusu reszecskek altal hagyott lehetsegesnyomok), jeloljuk S≥10. A kerdes, hogy van-e erdekes reszecskekre utalomintazatdarab a detektalt a ∈ T teljes mintazatban:

∃?s ∈ S≥10 R(s, a) (28)

A teljes mintazatok egy kommutatıv monoidot (egysegelemes felcsoport)alkotnak ha muveletkent a egymasra szuperponalast ertjuk.

a, b ∈ T : (a+ b)nlk = max(anlk, bnlk) (29)

Ennek legfontosabb haszna, ha egy mintazatot az egyreszecske nyomokkalszeretnenk leırni. Jo fizikai kozelıtes ugyanis, ha a teljes mintazatotmint az azt kelto egyedi reszecskek mintazatainak szuperponalasavalırjuk le. Termeszetesen elofordul, hogy az egyetlen reszecske altal adetektorban hagyott energi nem elegendo a parkettajel megszolaltatasara,am tobb reszecske azonos helyen mar megszolaltatja az adott bitet,am ez a gyakorlatban (kulonosen a jelen nagy hatasfoku detektoroknal)elhanyagolhato.

90

Az egyedi reszecskek szuperpozıcioja:

a(r1, r2, ..)nlk = r1nlk + r2nlk + ... (30)

relacioban all az r1, r2, .. reszecskek altal egyuttesen keltett mintazattal, ezaz esetek nagyreszeben azonos is, ıgy a tovabbiakban ezeket egyenertekunektekintem.

A fenti struktura meg nem egyszerusıti a mintazatkeresest, csak amodjat adja meg. Az egyszerusıtesekhez a jelenseg fizikajahoz kellvisszafordulnunk. Az utkozesben keletkezo elsodleges reszecskek η iranyanem valtozik mozgasuk soran, ıgy elso kozelıtesben a eleg a ”sıkmintazat”-okat (BNL) vizsgalnunk. Tovabba a 7.2. fejezetben is ismertetettradialisan novekvo parkettak hasznalataval a parkettak mint egy latszolagosgomb/gyuru strukturat kapnak, ıgy a egyes reszecskek altal keltettmintazatok forgasszimmetriaja a detektorban egy eltolasi ekvivalenciat hozletre. Definalva a fentieknek megfelelo ekvivalencia relaciot a T halamzon:

a, b ∈ T , a ∼ b⇐⇒ ∃dl, dk ∈ Z : anlk = bn l+dl k+dk (31)

lathatjuk, hogy ez valoban ekvivalencia relacio, hiszen szimmetrikus,tranzitıv es trivialisan reflexıv. Ezzek az ekvivalenciaval mint maggalfaktorizalhatjuk a teljes mintazatok halmazat T -t, sot, ami meg jelentosebb,az egyreszecske mintazatokat is. Igy a keresendo mintak egy kicsi, S/ ∼faktorhalmazra redukalodnak. Mivel nagy impulzusu reszecskek csakkisse gorbulnek, ıgy maximalizaljuk az ertekes egyreszecske-minta L beli”szelesseget”, ıgy |S≥10/ ∼ | = 2N ·MaxL.

A fenti faktorhalmazokon is ertelmezheto az osszeadas es tartalmazas, deez nem a T belinek homomorf kepe. A keresendo mintahalmaz faktorahozerdemes igazıtani a vizsgalando mert detektorvalasz egyes darabjait, ıgydefinialhatjuk a :

Fdl,k : T → BN ·MaxL, F (a)n,l = an,l+dl,k (32)

fuggvenyt, mely a teljes mintazatbol egy η szeletben a dl-lel eltolt MaxLhosszu reszt vegja ki.

Ezen fogalmakkal a mintakereses a kovetkezokeppen alakul: Minen ηszeletre (k) parhuzamosan vegezheto. A finom felbontasu φ iranyban (l)folyamatosan lepnek be az adatok a CCC kamrak digitalis elektronikairol.Mindig vegyuk az utolso MaxL szeles darabot, s nezzuk meg, hogy van-ebenne a keresett mintahalmazbol. Tehat a mert mintazaton (m ∈ T ) ıgy nezki:

∀k ∀l ∃? s ∈ S≥10/ ∼ : R∼(s, Fl,k(m)) (33)

91

A PS nyalabmeresek alkalmaval a kamrarendszer elforgatasaval jollehetett a szog alatt erkezo reszecskeket vizsgalni (lasd 10.6.2. fejezet).Ezen meresek tudnak azonban alapul szolgalni a mintazatvizsgalatoknakis. A szimulacios mintazatvizsgalathoz hasonlo modszerrel kell a kıserletiadatokkal is eljarni. Az analızis programomban lehetoseg van a mintazatokvizsgalasara es osztalyozasara is. A mereseknel fixaltam MaxL erteket, sminden elofordulo mintazatot (melyek egyreszecskemintazatok) rogzıtettem,s szamoltam elofordulasi gyakorisagukat. Az ıgy kapott gyakorisageloszlasa szimulacios kollegaknak igen fonots input, mivel ez segıthet a realisztikusdetektorparametereket a szimulacioban beallıtani.

Az esemenyciklus vegen az R∼ rendezes segıtsegevel kivalasztottam azlegelemibb egyreszecskemintazatokat, s a ritkakat elhanyagolva (mint a 7.2.fejezetben) megkaphatjuk az adott szoget reprezentalo mintazathalmazt.

Az ALICE kıserletben az L1-es mintazatkereses egy FPGAegysegen lesz implementalva. Egy ilyen FPGA labortesztjeihez,detektorkommunikaciojanak es mintazatkereso kepessegenek vizsgalatahozis idealis volt a valos mintak rogzıtese. Ezek segıtsegevel emulalhattuka detektor kesobbi mukodeset mind probaadatokon, mind pedig valosesemenyeken. Az FPGA egyseg fejlesztese es funcioinak implementalasajelenleg is aktıv munka a csoportban, jelenleg Lipusz Csaba korabbi munkaitMelegh Hunor es Monostroti Balazs folytatja es fejleszti tovabb [65] [66].

92

10.7. L0 kamrak

A HPTD detektornak proton-proton utkozeseknel L0 triggert iskell szolgaltatnia (lasd 7.3. fejezet). Az L0 triggerhez szuksegesnagy meretu ”szuperparkettakat” (SuperPad), kıserletileg erzekeny szalakcsoportosıtasaval erjuk el. A szimulacioknak megfeleloen [62] a par cm szelescsoportokat kıvantuk tesztelni. A megepıtett kamrakon a 4 mm-re levoerzekeny szalakbol ketfele csoprotot is realizaltunk: 5 szal (20 mm) illetve 12szal (48 mm) osszekotesevel.

Az epıtett kamrak megfeleltek az elvart felteteleknek, az L0 triggereleshezmegfelelo idozıtes, a kivalo hatasfok, s a nagy meretben is igen kis holt terigazolta a kamrak es a techologia hasznalhatosagat.[107]

A megepıtett kamrak voltak a CCC technologiaval keszulo elso 1 metereskamrak, ıgy a nagy meretbol adodo problemakat es megoldasaikat is itttargyalom.

10.7.1. Kamraepıtes

A CCC kamrak epıtesi technologajanak kepes bemutatojat a 57. abrafotosorozata mutatja. Bar a kamraepıtest a nagy meretu L0 kamrakonmutatom be, a kisebb meretu L1-es kamrak is hasonloan keszultek.

A kamraepıtes elso lepese az alapnyak megtervezese es legyartasa utan,hogy az alapnyakra felragasszuk a gravırozott szaltartokat, melyek a szalakatszepen egymastol 4-4 mm tavolsagban tartja a kamra ket vegen. A elemekragasztasahoz, s a kesobb taglalt ragasztasi folyamatok mindegyikehezaraldit alapu ragasztot (Uverapid 20 [63]) hasznaltunk.

Nagy meretu kamrak eseten (mint ezen L0 kamrak is) a hosszuszalak jelentos belogasat tavtartok elhelyezesevel csokkentjuk, ıgy kisebbhuzoero is elegseges a szalak feszıtesehez. A tavtartok a szalvezetokkelparhuzamosan helyezkednek el a kamraban, 15-20 cm tavolsagban egymastol.A tavtartoknal termeszetesen nem lesz erzekeny a kamra, am igen kicsi(korulbelul 2 %) effektıv kiesest jelent (lasd 10.7.3. fejezet).

Az egymastol adott tavolsagban elhelyezkedo szalak sıkjat az alapnyaktolfuggetlenul allıtjuk elo. Egy szetszerelheto kettos keretet egy forgathatotengelyre rogzıtunk. A keretnek eros anyagbol kell lennie (jelen esetben20x20x2-es acel zartszelveny), hogy a szalak feszıto erejet megtartsa. A kerettengellyel parhuzamos reszet, amire a szalak tekerednek, ugyszinten eros, sgombolyıtett elu anyagbol (jelen esetben alumıniumlap: 20,R5) kell keszıteni.

A szalakat tekeres kozben folyamatosan megfeszıtve kell tartani fix erovel.Ezt regebben csigara kotott suly rahelyezesevel estuk el; az L0 kamrahozhasznalt szaltekero gepen ezt egy magnesesen csatolt motor biztosıtotta.

93

57. abra. Az L0 kamrak epıtesenek fazisai (balrol jobbra haladva).1. Tavtartok es szalrogzıtok ragasztasa az alaplapra. 2. Szaltekeres. 3. Szalakfelhelyezese. 4. Szalak ragasztasa, vagasa, forrasztasa. 5. Kamrafal esoszlopok ragasztasa. 6. Katod ragasztasa, lezaras.

Miutan a feltekertuk a terformalo, majd az erzekeny szalakat is, azokata kettos keret mindket vegen ragasztassal rogzıtjuk. A ragaszto megkoteseutan (egy nap) a kettos keret szetszedheto, s leveheto a szaltekerogeprol;ıgy kapunk ket keretre rogzıtett szalsıkot. A szalsıkot az precızios asztalrakikeszıtett alapnyakra helyezzuk, hogy a szalak a szalvezetok megfelelo

94

vajataiba keruljenek, s a felesleges szalakat eltavolıtjuk. A szalakat aszalvezetoknel es a tavtartoknal megragasztjuk.

A ragaszto kotese utan (egy nap) ki kell alakıtani a szalak elektromoskontakusat. Az altalunk hasznalt elrendezesben a terformalo szalakat azegyik, az erzekeny szalakat a masik oldalt vezetjuk ki. Igy a kamra mindketvegen az egyik fajta szalakat forrasztani a masikakat pedig vagni kell. Azesetlegesen kiallo elvagott szaldarabok es a forrasztasbol esetleg kiallo tuskeknem kıvant csucshatast es koronaeffektust okozhatnak, ıgy ezen teruleteketa folyamat vegeztevel beontjuk ragasztoval.

Miutan a kamra detektalasert felelos resze elkeszult, le lehet zarni akamrat. Az oldalai plexirudakbol, a teteje pedig a katodkent is szolgalonyaklemezbol keszul. Nagy meretu kamrak eseten a gaztoltesu kamraban levokis tulnyomas (∼ mbar) is nagy erot kepviselne a katodon es az alapnyakon,ezert az L0 kamraknal tobb oszlopot helyeztunk el a kamraban a tavtartokmellett, melyek ıgy sok pontban osszefogjak az alapnyakot es a katodot,csokkentve a feluleti erohatast. Utolso lepeskent a katod kerul a kamraramint fedolap.

Az L0 kamrak igen nagy meretuek, ezert a mechanikai stabilitaserdekeben par alumınium profillal erosıtettuk meg a kamrakat (10x10x1-eszartszelveny keresztbe es 20x20x1-as T profil hosszaban).

A kamrak aktıv felulete 1000 x 560 mm2, melyben a szalak hossza 1000mm. Ket kamra keszult, melyeknel az alapnyak es a katodnyak vastagsaga0.5+1.0 mm, illetve 1.0+1.5 mm volt. A kamra oldalaul 4x10-es plexirudakszolgaltak. A katodnyak felso es az alapnyak also resze rezzel borıtottvolt, melyet a zajok csokkentese erdekeben foldpotencialra kotottunk. Avekonyabb kamra tomege csupan 2.0 kg volt, mely extrem konnyunek szamıtsokszalas kamrak kozott.

95

10.7.2. Hatasfok

Az L0 kamrak hatasfokat a szuperparkettaik digitalis kiolvasasavalvizsgaltam. A meres soran az L0 kamrak ele es moge elhelyezett MIP kamrak(lasd 10.8. fejezet) segıtsegevel meghataroztam az athalado reszecske helyet(a 10.5.2. es 10.6.5. fejezetben leırtakhoz hasonloan), s megneztem, hogymely superparkettak szolaltak meg.

Ezek egyszeru korrelacioja megadja az L0 kamra terkepezeset sparkettahatasfokat; az eredmenyeket a 58. abra mutatja. Az abran jollathatoak a 2 cm-es es a 4,8 cm-es szuperparkettak, s kivalo hatasfokuk.

0 5

10 15

20 25

0 2

4 6

8 10

12

0 20 40 60 80

100

Hat

ásfo

k [%

]

Átmenő részecske helye [cm]L0 SuperPad (szálcsoport)

Hat

ásfo

k [%

]

0

20

40

60

80

100

5 10 15 20

Átmenő részecske helye [cm]

2

4

6

8

10

L0 S

uper

Pad

(sz

álcs

opor

t)

0

20

40

60

80

100

58. abra. Az L0 kamra terkepezeset is mutato szuperparkettankentihatasfokterkep, perspektivikus es felulnezeti modban.

A szuperparkettak hataran, vagy ahhoz kozel atmeno reszecskek akartobb csatornat is megszolaltathatnak (mint a nagyobb klaszterek az L1-nel),bar lenyegesen ritkabban. Az egyes szuperparkettak helyfuggo megszolalasivaloszınusege kvantitatıven is mutatja ezt az effektust a 59. abra felo reszen.

Bar lathattuk, hogy az egyes superparkettak hatasfoka jo, a kamranak aszuperparkettak hataran is jonak kell lennie. A kamra helyfuggo hatasfokat(uniformitasat) a 59. abra also resze mutatja. Lathato, hogy a kamrajoval 99.5% feletti atlagos hatasfokkal rendelkezik, a bizonytalansagok astatisztikabol erednek.

96

0

20

40

60

80

100

Hat

ásfo

k [%

]

95 96 97 98 99

100

5 10 15 20

Hat

ásfo

k [%

]

Átmenő részecske helye [cm]

59. abra. Az L0 kamra superparkettainak helyfuggo megszolalasivaloszınusege (fent) mutatja a szuperparkettak hataranak kis mertekuelmodosodottsagat. A teljes L0 kamra uniformitasa (lent) kivalo hatasfokotmutat (a skala 95%-tol indul). A feltuntetett bizonytalansag a 90%-oslikelihoodhoz tartozo ertekeket mutatja.

.

97

10.7.3. Nagy felulet, a CCC elrendezes elonyei

A hosszu szalak behajlasa miatti tererosseg valtozas igen jelentos lehet.Bar a CCC tıpusu elrendezes egyik elonye, hogy ez kevesbe jelent problemat,a nagyon hosszu (meteres) szalakat tavtartokkal tamasztjuk ala a kamraban,ezzel is csokkentve a szukseges huzoerot. Ezen tavtartok a szalvezetokmagassagaban rogzıtik a szalsıkot nehany egyenes menten a kamraban. Egytavtarto fotojat mutatja a 60. abra.

A tavtarto helyen s korulotte termeszetesen a kamra nem lesz erzekeny.Az altalunk hasznalt 2mm szeles tavtartok eseten az erzeketlen resz effektıve4 mm-nek felel meg (lasd alabb). A korulbelul 20 cm-enkent elhelyezetttavtartok eseten ez 2% kiesest jelent; ez jelentosen kevesebb, mintha tobbegymas melle helyezett kamrabol kene osszeallıtani a nagy aktıv feluletet,mivel a kamra szele tobb cm-t is elfoglalhat (plussz a rogzıto elemek).

A tavtartok hatasanak meresehez szuksegunk van a reszecske athaladasihelyere valamint a kamraban leadott energia ertekere egyarant (hasonloan,mint a 10.5.2. illetve a 10.6.5. fejezetben). A helymeghatarozashoz nemhasznalhatjuk a vizsgalando kamra parkettainak jelet, mivel az nem fuggetlena leadott energiatol. (Az L0 eseten a szuperparkettak altal adott felbontasamugy sem lenne elegendoen finom a vizsgalathoz, s az is a tavtartorameroleges.)

A mereshez a ket dimenzioban is pozıcio erzekeny MIP kamrakkal(10.8. fejezet) vegeztem a palyameghatarozast, a vizsgalando tavtartoskamrahoz. Reszecskenyalabban es kozmikus osszeallıtasban is vizsgaltukezen elrendezest. Utobbirol keszult fotografia a 62. abran lathato. Elobbi afinomabb strukturakrol, mıg utobbi a hosszu tavu illetve integralt viselkedesmeghatarozasahoz praktikus.

TávtartóOszlop

Parkettázott katód

Szálak

Szálrögzítõ

60. abra. (bal) Vazlatos rajz, mely mutatja, hogy a nagy feluletu kamratoszlopokkal es tavtartokkal lattuk el a szalak behajlasat illetve a tulnyomasfeszıtesenek ellensulyozasara. (jobb) Fenykep egy 2 mm szeles tavtartorol,melyhez a szalsık hozza van ragasztva, hasonloan, mint a szalvezetokhoz.

98

0

1000

2000

3000

15 16 17 18 19 20

Erő

síté

s [a

dc]

X [cm]

61. abra. A mert analog jel atlaganak pozıciofuggese, azaz az effektıv erosıtes.Jol lathato, hogy a szaltarto par mm-es effektıv kiesest jelent.

A meresben szcintillator triggereket alkalmaztunk a pontosidokijeloleshez. A digitalisan kiolvasott MIP kamrak jelei alapjanmeghatarozhato a reszecske palyaja, ıgy annak L0-lal valo dofespontjaszamolhato. Az L0 kamra szuperparkettainak analog jelet merve (CamacADC-vel, 10.2.2. fejezet) meghatarozhato a leadott energia; a fentiekboladodoan pozıciofuggoen. Igy egy hosszu meres segıtsegevel az erosıtespozıciofuggese szamolhato.

A meres soran a a ketdimenzios erosıtesterkepen jol lathatoak a tavtartokokozta hatasfokcsokkenesek. Ilyen terkepeket lathatunk a (kovetkezoszakaszban levo) 63. abran. A kamran a tavtartora merolegesen (egy adotttartomanyra) integralva a beutes es mert toltesertekeket kvantifikalhatjuk atavtarto hatasat.

A 61. abran lathato az kamra erosıtese a reszecske athaladasihelye tavtartora meroleges koordinatajanak fuggvenyeben. A fenti gorbekonstanstol valo elteresenek integalja adja a tavtarto effektıv vastagsagat,mely 4 mm-nek adodik. (Lathatjuk, hogy meg kozvetlenul a tavtarto felettsem csokken nullara az erzekenyseg, mivel az elektronok egy resze a tavtartomelletti erzekeny szalak fele sodrodhatnak, melyeknel mar kialakulhat alavina, s ıgy azt detektalhatjuk.)

99

A nagy feluletu gaztoltesu detektorok masik alapveto problemaja, hogy atoltogaz kis tulnyomasa hatasara nagy feluletek eseten az alap es fedolapokatnagy ero nyomja kifele. Ez merev lapokat, vagy strukturaval megerosıtettlapokat kıvan melyek nagy anyagmennyiseget jelentenek.

Az nagy ero hatasara (1 m bar tulnyomasnal negyzetmeterenkent 100 N)a lapok deformalodnak, mely a klasszikus MWPC kialakıtasnal jelentosvaltozast jelent a kamra erosıteseben, azt is a lokalisan valtozo kidagadasfuggvenyeben. Egy szokvanyos sokszalas kamranal, ahol az s tavolsagra levoszalak a katodoktol d tavolsagban vannak az erosıtes valtozasa [25]:

∆Q

Q=C∆d

2ǫ0s(34)

A kozelkatodos elrendezes mentes a deformacio mellekhatasaitol, ammechanikailag minimalisan erosıteni erdemes a nagy feluletu kamrakat.Az L0 kamrakban kis plexi oszlopokat (3x3x10 mm3) ragsztottunk akamrafelulet egyes pontjaiba, ıgy osztva el a tulnyomasbol eredo erotkisebb feluletekre. Az oszlopok a tavtartokhoz hasonloan hatasfokkieseskentjelentkeznek, am meretuk a teljes kamrahoz kepest elhanyagolhato. Azeffektus csokkentese erdekeben az oszlopokat a tavtartok mellett helyeztukel. Az L0 kamra tavtartokat es oszlopokat bemutato sematikus rajza a ??.abran lathato.

62. abra. A nagy meretu L0 kamra kozmikus tesztjenek fotoja. Az alulelhelyezett MIP kamrak vegeztek a reszecskepalya meghatarozasast.

100

MWPC : 0 m bar

0 10 20

X [cm]

20

30

40

Y [c

m]

0.8

1

1.2

MWPC : 2 m bar

0 10 20

X [cm]

20

30

40

Y [c

m]

0.8

1

1.2

CCC : 0 m bar

0 10 20

X [cm]

20

30

40

Y [c

m]

0.8

1

1.2

CCC : 2 m bar

0 10 20

X [cm]

20

30

40

Y [c

m]

0.8

1

1.2

63. abra. Erosıtesterkep MWPC es CCC modban tulnyomassal valaminta nelkul. Lathato, hogy a tulnyomas hatasara kidagado kamralap csak azMWPC feszultsegkiosztasnal okoz jelentos erosıtesvaltozast, mıg CCC kamratolerans ilyen effektusokkal szemben.

Az MWPC es a CCC elrendezes osszehasonlıtasa erdekeben vegeztunkmereseket az L0 kamraval ketfele feszultsegkiosztas mellett, tulnyomassal(2 m bar) s a nelkul egyarant. Az MWPC modot a CCC kamrakbanjelen levo terformalo szalak fold potencialra kotesevel definialtuk. (Ezenelrendezes nem azonos a terformalo szalak nelkuli MWPC-vel, am csak kisse,s szamolhatoan ter el [106] [34] [32].)

Az analızos a tavtartoknal megmutatott modon foly, az erosıtesterkepeketa 63. abra mutatja. Jol lathato az MWPC es CCC mod kozotti kulonbseg: azoszlopok es a kamra oldala altal bezart reszen a nyaklemezek kis kipupsodasamiatt az MWPC eseten jelentos erosıtescsokkenest tapasztalunk, mely a CCCmod eseten nem jelentkezik.

101

0

0.5

1

1.5

20 30 40

Erő

síté

s [t.

e.]

Y [cm]

CCC : 2 m bar

MWPC mód

0 m bar2 m bar

0

0.5

1

1.5

20 30 40

Erő

síté

s [t.

e.]

Y [cm]

CCC : 2 m bar

CCC mód

0 m bar2 m bar

64. abra. A 63. abra kozepso szeleteinek projekcioja.

A 64. abran az erosıtesterkep kozepso szeletet (kozepso 4 cm szelestartomanyra integralva) lathatjuk, hogy az MWPC eseten kozel 30% azelteres, mıg a CCC esetben az elteres nem eri el a par szazalekos meresipontatlansagot sem.

A fenti szamıtasoknal a kipuposodas miatti driftter es suruseg valtozast,illetve az E/p effektust nem vettem figyelembe, mivel gyakorlatban a mertteljes toltes a hasznalatos, valamint a fenti effektusok elhanyagolhatoan kismertekuek jelen esetben.

Ezzel igazoltuk, hogy a kozelkatodos technologia alkalmas akar nagymeretben is kis anyagmennyiseggel, kivalo uniformitasu, mechanikailagtolerans kamrak epıtesere.

102

10.7.4. Idozıtes

AHPTD detektor L0 kamrainak igen gyors es megbızhato jelet kell adniukaz ALICE trigger rendszerenek, meg az L0 kuldesi idejen belul (600 ns) (lasd7.3. fejezet es [24]).

Az L0 kamrak idozıtesnek vizsgalatara a PS nyalab kivalo kornyezetetbiztosıtott. Az L0 kamra csatornait a ”D.I.5.2.”-es digitalis elektronikakkallattuk el, mely az ”A.I.8.8.”-as analog elektronika egy bitre digitalizaltvaltozata (lasd 10.2.2. fejezet). Technikai okok miatt az idozıtestegyszerre csak egy csatonan vizsgalhattuk, ıgy a nyalabdefinialo kis meretuszcintillatorokat az L0 kamra egy adott szuperparkettaja ele es mogehelyeztem el.

A szcintillatorok erosıtett jelet a meroszobaban diszkriminacio utankoincidenciaba kotve kaptunk triggert az adott L0 szuperparkettan atmenoreszecskekre. Ezen szcintillator-koincidencia jel kesleltetettjet (NIM DualGate Genrator LeCroy model 222 [?]) vizsgaltam koincidenciaban az L0kamra digitalis jelevel. A szcintillatorok koincidenciaja ıgy olyan, minthaaz LHC/ALICE kıserletbeli utkozesi jelzesnek (Bunch Crossing) felelne meg.Termeszetesen a szcintillator, az szcintillator jelenek erosıtoje, a kabelek es akoincidencia egyseg idozıteset figyelembe kellett venni az abszolut kesleltetesmeghatarozasahoz. (Ezert is nem indulhat a meresi gorbe 0 ns kesleltetestolaz abrakon.) Az idozıtes meres osszeallıtasahoz tartozo idorajzot az 65. abramutatja.

Kabel

Kabel

Kesleltetes

Reszecske

Jel hossza

Szcint.

L0

Diszkr.

Koinc.

PreA

mp.

t [ns]

t = 0 ns

Koinc.

Igazi kesleltetes + Kabel

( 110 ns )

Nyalabterulet

Meroszoba

65. abra. Az L0 kamrak idozıtesenek meresekor hasznalt osszeallıtas idorajza.

A vezerloteremben a hasznalt egyseg kesleltetesenek allıtasavalmegvizsgaltam, hogy az L0 kamrak a ”D.I.5.2.”-es elektronikaval milyenidozıtes mellett erik el maximalis hatasfokukat.

A jelformasali idot ket alapveto parameter hatarozza meg. Elso sorbantermeszetesen meghatarozo az elektronok begyujtesi ideje, mely a sordrodasi

103

tererossegtol fugg (es a gaztol is jelentosen, de ezt a meresek soran nemvaltoztattuk), melyet a katodfeszultseggel allıthatunk.A digitalis elektronika eseten azonban igen fontos az is, hogy a kamrabankeletkezo analog jel erosıtettje mikor eri el a diszkriminacios kuszobot,(nagyobb jel eseten korabban), ıgy a teljes erosıtes is fontos az idozıtesben.

Ezert a standard beallıtason tul (USenseWire =1050 V , UF ieldWire =-500 V ,G = 5, 6 · 103), megvizsgaltam kisebb erosıtes (950 V , -500 V , G = 1, 0 ·103) valamint normal erosıtes am nagyobb katodfeszultseg (980 V , -710 V ,G = 6.6 · 103) eseten is a hatasfok kesleltetesfuggeset. Az eredmenyeket a 66.abra foglalja ossze, melyen jol lathatoak a fenti katodfeszultsegtol es teljeserosıtestol valo fuggesek. Nominalis beallıtas eseten is elertuk az ALICE-L0triggerhez valo 600 ns-os kuszobot, hiszen mar 500 ns utan is maximalishatasfokot kapunk.

0

20

40

60

80

100

0 200 400 600 800 1000

Trig

ger

hatá

sfok

[%]

Kiolvasási idő [ns]

SW: +1050V, FW: -500VSW: +980V, FW: -710VSW: +950V, FW: -500V

66. abra. Az L0 kamrak digitalis jelenek hatasfokanak idofuggese; mar 400 nsutan nagy hatasfokot er el a kamra triggerelesi hatasfoka, ıgy megfelel ALICEL0 kamranak.

Mindezek alapjan kijelenthetjuk, hogy a technologia illetve a detektormegfelel az ALICE/HPTD L0 kamrak kovetelmenyeinek.

104

10.8. MIP kamrak

A HPTD egyik igen fontos funkcioja az atmeno reszecskek palyajanaka VHMPID elotti es mogotti reszenek merese. Ennek harom fo oka akovetkezo: A TPC trajektoriak extrapolalasaval kapott palya a VHMPIDtavolsagaban mar csak cm pontossagu, am a gyuru rekonstrukciohoz kb.5 mrad felbontasra lenne szukseg. A tobbszoros szoras kovetkeztebena reszecskek palyaja valtozhat (kozel 40% X0-nal megfelelo anyag van aTPC es a VHMPID kozoztt), ıgy fontos a pontos palyat merni, s tobbpontban megerosıteni. Valamint egy ilyen palyakovetessel valik csak teljessea reszecskeazonosıtasi paletta, hiszen ıgy a gyurut nem hagyo reszecskekrolis lehet pozitıv allıtasokat mondani (pl: egy 10 GeV/c impulzusu, gyurutnem hagyo reszecskerol csak akkor allıthatjuk, hogy proton, ha tudjuk(detektaljuk), hogy valoban athaladt a gazradiatoron).

A HPTD-ben a MIP kamrak feladata lesz az athalado reszecskekketdimenzios helyenek meghatarozasa. Ezen kamrak is CCC kamrak, csupana kiolvasasi szegmentaciojuk es elhelyezkedesuk ter el az L1-es kamraktol(lasd ??. fejezet).

A ketdimenzios helymeghatarozashoz a legegyszerubb termeszetesen aklasszikus modon apro parkettakra valo felosztas lenne, am ıgy a csatornakszama igen nagy lenne. (A kozel 2 × 20 m2 feluleten digitalis elektronikakkal4mm× 4mm-es parkettakkal szamolva ez 2.5 millio csatornat jelentene.) Igyermes (ha lehetseges) teruletegysegenkenti projektıv felosztast hasznalni.

Mivel a HPTD az utkozesi ponttol messze (4-5 m) helyezkedik el, ıgy arajta atmeno reszecskefluxus relatıve alacsony. A jelenlegi ALICE meresekbol[20] szamıtva centralis utkozesekben negyzetmeterenkent utkozesenkentkorulbelul 50 reszecsket varunk.

A projektıv kiolvasasnal a tobbszoros (n) beutesek eseten a HPTDonmagaban nem tudhatja eldonteni, hogy az n × n metszespont kozulpontosan mely n darab felel meg reszecskenek (lasd ??. fejezet 16. abra).Viszont a TPC altal adott trajektoria extrapolacioja segıtsegevel konnyen kilehet majd valogatni a valodi reszecskenyomokat.

A CCC kamrakban nem csak a parkettakon, hanem az erzekeny- esterformalo szalakon is jelentos jel keletkezik (a katodon keletkezo jel kozeltizede a tobbinek ıgy azt nem erdemes hasznalni) [107]. A legegyszerubben aszalakra merolegesen parkettazva kaphatunk projektıv kiolvasasi elrendezest.

A vegso detektorban ket L1 tıpusu kamra lesz egymashoz kepest 90fokkal elforgatva, ıgy csokkentve az egy egyseget alkoto elemi projektıvkiolvasasi feluletek meretet, s ezzel a tobbszoros beuteseket. 50 mm hosszuparkettakkal szamolva a projektıv feluletdarabokon centralis utkozesekben iscsak atlagosan 0.125 reszecske halad at.

105

67. abra. Fenykep egy MIP kamrarol, meg felig osszeszeret allapotban.Jol lathato, hogy szalak es a hosszukas parkettak egymasra merolegesenallnak. A tesztek soran a parkettaton tul a szalakat is egyesevel kiolvasvavalosıthattuk meg a 2x1 dimenzios projektıv mereseket akar egyetlenkamraval.

Az elso MIP kamrak prototıpusain a szalak+parkettak tıpusu kiosztassalmutattuk meg, hogy a rendszer valoban kepes a ket dimenzios detektalasra.2010-ben es 2011-ben is volt szerencsenk merni a PS nyalabnal MIPkamrakkal, lasd: ??. fejezet, 43. es 44. abra. Mind a korabbi (2010)kisebb meretu (160x192 mm2), mind a 2011-es nagy meretu (320x320 mm2)kamrak kivaloan szerepeltek a labor es nyalabmeresek alkalmaval.

A dolgozat ırasanak idejeben megepult egy 512x512 mm2 aktıv feluletukamra is, melyben a HPTD-hez tervezett (a 10.2.2. fejezetben emlıtettnelujabb) varhatoan vegso digitalis kiolvaso kartyak csatlakoznak a kamraalaplapjara integralt buszokra. A kamrarol keszult fenykep a 68. abranlathato.

A kamrak hatasfoka, mint az L1 esetben a 10.6. fejezetben ismegmutattam kivalo. Az uniformitas vizsgalatat a terformalo szalakon esa rajuk merolegesen huzodo parkettakra a 10.6.5. fejezetben mutattakalanalog modon vegeztem, s a kapott eredmenyek azokhoz hasonloak. (Mivela terformalo szalakon keletkezo jel kisebb a parkettakon keletkezonel, ıgy azoptimalis uzemi feszultseg kisse magasabb.)

Ezen kamrakat a REGARD csoportban a kesobbiekben alkalmazott fizikaikutatasokban is felhasznaltuk. A kozmikus muonokkal torteno tomografia,melynek alapja a toltott muon kozegbeli energiavesztesege es a szelesenergiatartomanyon nagy fluxust nyujto kozmikus eredetu muon sugarzas,ma igen aktıvan kutatott hatarterulete a reszecske- es geofizikanak. Amodszert elsokent piramis rejtett kamrainak keresesere hasznaltak [91], ma

106

68. abra. Fenykep az 512 mm-es MIP kamrarol. Az uj tıpusu digitaliselektronikak a kamra aljara rogzulnek, ıgy nem foglalnak el tobbletfeluletet.Ennek megfeleloen egy integralt buszrendszer viszi a digitalis jeleket akiolvasasi sorrendnek megfeleloen a kamra egyetlen szerelesi oldalahoz.

mar sokfele alkalmazasa ismert, egyik legerdekesebb peldaul vulkanok belsostrukturajanak felterkepezese [93] [92].

Az altalunk keszıtett detektor elsosorban foldalatti uregek keresesereepult, melyhez elengedhetetlen a mechanikai tolerancia es a kis tomeg,melyekhez a CCC idealis kandidat volt. Tobb sikeres merest iselvegezhettunk a detektorral a labor, mesterseges ureg es valodi barlangikorulmenyek kozott egyarant [109] [108] [110] [111] [35].

A fenti cikkek is egyertelmuen mutatjak a CCC kamrakkal valo MIPdetektalas realizalhatosagat.

107

resz IV

VHMPID meresek

11. VHMPID tesztmeresek es analızisuk

A VHMPID Kollaboracio tagjakent tobb nyalabteszten is reszt vettem,valamint az adatanalızisben is aktıv szerepem volt. Ezen meresek seredmenyei meghatarozo fontossaguak a detektor megfelelo tervezesehez,valamint elengedhetetlenek a szimulaciok ellenorzesehez is fejlesztesehez.

A nyalabtesztek soran a detektor alapveto funkcionalitasi tesztjein tulfontos hangsulyt kapott a kulonbozo osszetevo reszegysegek vizsgalata. Ahasznalni kıvant UV-atereszto uveg, a tukor, a sokszalas kamra mukodesevalamint a CsI bevonat foton kihozatala fontos epıtokovei a teljes detektornak(lasd 6.2. fejezet). Igen kıvanatos, hogy a detektor egyes alkotoreszeinekne csak egyuttes effektusat, hanem lehetseg szerint egyes elemeit kulon istesztelhessuk.

11.1. Nyalabtesztek 2008-2010 kozott

A VHMPID Kollaboracio megalakulasa ota folynak a kutatasi esfejlesztesi munkalatok, a detektor tervezett elemeinek es prototıpusainakmeresei. A laboratoriumi teszteken a reszegysegeket specialis korulmenyekkozott vizsgalhatjuk, am a kerdeses meresi pontok nagy reszet csak valodinagy energias reszecskekkel lehet tesztelni. Ennek egyik legfonotsabb reszea gyors reszecskek keltette Cserenkov feny detektalasa, melynek precızmeresehez szukseges egy reszecskegyorsıto hasznalata.

A csoportba valo belepesem ota jopar laboratoriumi, s tobb nyalabtesztenis reszt vettem. Utobbiak altalaban a CERN PS T10-es zonajaban foglaltakhelyet, am nagyobb impulzusu reszecskkkel valo teszthez a CERN SPS H4-etis hasznaltuk.

A 2008-2010-es evek legfontosabb tesztjei soran egy relatıve kis meretuCsI-dal borıtott MWPC detektort hasznaltunk fotondetektorkent. ACserenkov feny detektalasara valo alkalmassagot a HMPID-nel is hasznaltC6F14 Cserenkov kozeggel [56] lehetett legeletszerubben vizsgalni. Atesztek egyik legfontosabb resze a gazradiator (C4F10) vizsgalata, illetve agyurukepezo tukrok hasznalata volt.

Ezen mereseken ugyan aktıvan reszt vettem a merorendszerosszeallıtasanal es a meresek lebonyolıtasaban, az adatok analızise nem azen feladatom volt.

108

11.2. Nagy mertu prototıpus tesztje

2010 oszen folytak a VHMPID elso nagymeretu prototıpusanaktesztmeresei. A meres hivatott volt teszteli ketfele ablak kandidatot, avisszavero tukroket s azok fokuszalasat, a radiator gaz foton produkciojat,a szukseges radiatorhosszat, a fotondetektalas hatasfokat, valamint akulonbozo mertu Cserenkov gyuruk detektalhatosagat. Ez utobbi indokolta,hogy a mereseket kulonbozo energiakon vegezzuk el, ıgy a CERN PS esSPS gyorsıtoinal is vegeztunk mereseket alacsony (2-6 GeV/c) es magasabb(30-180 GeV/c) implulzustartomanyokon egyarant.

11.2.1. A nagy meretu prototıpus

A VHMPID detektorban a fokuszalo tukor technikanak koszonhetoena keletkezo gyuru helye elso kozelıtesben fuggetlen a nagy sebessegureszecske athaladasanak helyetol; ezt kihasznalva jelentosen csokkenthetoa fotoerzekeny detektorfelulet [?]. A nagy meretu prototıpusban ketparabolatukor kapott helyet, amelyeknek felfogatasi profilja mozgathato. Azegyik tukor merolegesen lett beallıtva, mıg a masik kis szogben dontve, pontugy, hogy az elso tukorrel azonos helyre fokuszaljon. A radiatorter fotoja a69. kepen lathato.

69. abra. VHMPID nagy meretu prototıpusanak radiator terfogata. Lathatoaz meroleges es az elforgatott tukor, valamint a radiator effektıv hosszanakredukalasara szant alumımium lemezek.

109

A radiator terfogat kozel 500 literes volt, hogy a teljes detektalasi feluletfelett biztosıtsa az egy meteres radiatorhosszat. Bar tobb radiatorhosszatkıvantunk tesztelni, nem volt lehetoseg tobb kulonbozo mertu kamracserelgetesere, melynek fobb okai a kovetkezok:- Egy ilyen nagy tarolo tisztıtas es feltoltese igen idoigenyes.- A a gaz specialis volta miatt igen draga lett volna a gyakori csere.- Valamint a tukroket is at kellett volna szerelni minden cserenel.

Egy ravasz trukk segıtsegevel megis tudtunk ket kulonbozo Cserenkovuthosszal merni: a gazterfogat egy-egy sarkaba az elolaptol 20cm-tavolsagban elhelyeztek kis aluminium lapokat, melyet blokkoljak areszecske utjanak elejen keltett fotonokat, mıg a nagy impulzusu toltottreszecske tovabb tud haladni, ez a lap lathato a 69. abran levo fenykepbal es jobb also sarkaiban. Bar tukortol visszafele halado fotonoknak ıgy isa teljes hosszon kell athaladniuk, ezen elnyelodesi effektus lenyegesen kisebbhatasu az keltesi hossz csokkentesehez viszonyıtva.

A fotondetektalas a HMPID egy korabbi prototıpus kamrajaval tortent.A kamra egy HMPID tıpusu sokszalas proporcionalis kamra, 8.4mm×8.0mmmeretu CsI borıtotta parkettakkal. Mivel az CsI bevonatot rongalja a gazoxigen es vız szennyezese, ıgy a fenti kamran (ahogyan a tobbi hasonlot is) azevek soran folyamatosan tiszta gaz arama alatt kellett tartani. Termeszetesena merese elott ujra megvizsgaltak a bevonat epseget, amit szerencsererendben talaltak.

A meres soran toltogazkent a fotondetektoroknal igen kedvelt metant(CF4) hasznaltuk (lasd ??. fejezet). A metanban a fotoelektronokfeluletbol valo kilepesi valoszınusege megkozelıti a vakuumerteket, s a toltottreszecske altal hagyott elsodleges ionizacio is relatıve kicsi mas gazokhozkepest. Termeszetesen a fotondetektort a radiator terfogattol is megfeleloenszeparalni kell, az esetlegesen bejuto osszetett molekulak csokkentenek afotonkilepesi valoszınuseget es az erosıtest (utobbi kompenzalhato lenne, amaz elobbi nem).

A keletkezo fotonok egy albalkon at jutnak at a radiator terfogatbol adetektalasi terbe. A nagy meretu ptotorıpusban ket ilyen ablaknak volthelye. Az eredeti tervek szerint a kvarcuveg es a CaF2 ablakokat tudtukvolna tesztelni am technikai problemak miatt (nem erkezett meg idore agyartotol a CaF2) csak a kvarcuveget probaltuk ki. Az elso tesztekhez aDelphitol kapott uvegeket hasznaltuk, melyeken a feluletukre mindket oldaltcsıkokban felparologtatott femcsıkok (Cu−Ni− Cu) szolgaltak katodkent.

110

11.2.2. Kıserleti osszeallıtas

A nagymeretu prototıpus elso tesztjet a CERN PS gyorsıtojanal vegeztuka T10-es merohelyen, mely az ALICE kıserlet altalanos tesztzonaja.

A PS-bol erkezo protonok egy berılium (Be) celtarggyal utkoznek, sa keletkezo masodlagos reszecskeket impulzusuk szerint valogatjak, majda kulonbozo impulzustartomanyoknak geometriailag megfelelo tesztzonabakuldik. A T10-es zonaba az 1.5-6.0 GeV/c impulzustatomany tartozik.Ezen masodlagos nyalab kezelese az adott zonahoz tartozik, ıgy lehetosegunkvolt beallıtani a hasznalni kıvant reszecskenyalab impulzusat, valamintintenzitasat, fokuszalasat es terbeli iranyat is.

A nyalab viszonylag nagy kiterjedesu (kb. 10-15 cm atmeroju),jelentos muon gloriaval. A kamra elott es mogott ket-ket kis meretu(1-2 cm) szcintillator koincidenciajaval definialtuk az altalunk hasznalnikıvant nyalabreszt. A kıserleti osszeallıtast a 70 abra szemlelteti.

Mivel a VHMPID szempontjabol a reszecskek sebessege a kozpontikerdes, ıgy fontos volt, hogy az adott impulsuzu kevert nyalabon belul megtudjuk kulonboztetni a mas-mas fajtaju reszecskeket. A nyalab potencialisanelektronokat, muonokat, pionokat es protonokat tartalmazhat, illetve anyalab toltesetol fuggoen ezek antireszecskeit. (A relatıv elektronhozamjelentosen fugg az imoulzustol, alacsony impulzus eseten a 20 szazalaot iselerheti berılium celtargy eseten.)

VHMPID Proto4

kvar

c ab

lak

MW

PC

+CsI

Asztal

S1

S2

S3

S4

SBSL

Fe

Cserenkov cso

70. abra. A VHMPID nagy meretu prototıpus nyalabteszt osszeallıtasanakvazlatos rajza. A detektor egy mozgathato asztalon foglalt helyet, a nyalaba jobb oldalrol jon. A kuszob-Cserenkov detektor (zold) es a negy kis meretuszcintillator (S1-S4) definialja a nyalab hasznalt reszet. A detektor egymozgathato asztalon (rozsaszın) helyezkedett el. A nagy kiterjedesu teljesnyalab erzekelesere ket nagy meretu szcintillatort helyeztunk el, az egyiketegy vastomb moge, a pion/muon szeparaciot segıtendo.

Az elektronokat egy a PS altal biztosıtott gaztoltesu kuszob-Cserenkovdetektor [15] segıtsegevel szurhettuk ki. Ezen CO2 toltetu Cserenkovdetektorban a belso gaz nyomasaval lehetett allıtani a toresmutatot a kıvant

111

ertekre, majd a keletkezo fenyjelet egy fotoelektronsokszorozoval olvastukki; az altalunk hasznalt beallıtasban csakis az elektronok adhattal jelet. Amuonok szuresehez nem volt lehetoseg ujabb seged detektort elhelyezni; azona vegeben felallıtott vastombot mint abszorbens hasznalhattuk azonban,ıgy ele es moge egy-egy nagy meretu szcintillatorral megfelelo muon vetotalakıtottunk ki. A nyalab protontartalma igen alacsony, s az adottimpulzustatomanyban nem is kelt gyurut a VHMPID-ben, ıgy erre nemkellett kulon erzekelot beepıteni.

11.2.3. Adatgyujto rendszer

A adatkiolvasasi rendszert az ALICE intergracionak megfelelo, szimulaltALICE kornyezetben valosıtottuk meg. Az elektronikak, mint a HMPID-benhasznalatos kartyak, termeszetesen megfeleltek ezen kovetelmenyeknek[?]. A 8x10 darab Gassiplex kartya mindegyikere harom tıpusukabelcsokor erkezett: tapfeszultseg, trigger (LEMO-n) es kommunikacio (a”RowController”-en keresztul).

A szcintillarotok koincidenciajabol eloallıtott triggert megfelelo kesleltetesutan az ALICE CTP [24] szimunlatornak adtuk at, ami az elektronikakatellatta a megfelelo ( L0 es L2 ) trigger jelekkel.

Az meresek soran kulonbozo trigger kombinaciokat hasznaltunk, azaktualis feladatnak megfeleloen, am leggyakrabban a negy kis szcintillatorkoincidenciaja szolgalt triggerkent. Az elektronok kiszureseert beallıtottCserenkov detektor kis jelei miatt elektron vetokent nem volt eleg jo (??),am elektron minta eloallıtasara igen. Valamint a feladatnak kisse vekonyvastomb vegul pion kijelolesre volt alkalmas.

Az elmentett adatok az ALICE szabvanyokat koveto nyers fajlformatumot(alicerawdata) tartottak. A fajl ezen fromatumaban a kiolvasasi koordinatakszerepeltek: a DDL, a RowController, a kartya, a csatorna es adigitalizalt toltesmennyiseg. Az adatfolyamban mar csak a nullelnyomasosertekek kerultek tovabbıtasra. Egy egyszeru ROOT szkripttel a nyersadatformatumot ASCII-olvashato valos koordinatakka konvertaltam, s atovabbiakban ezen kisebb es egyszerubb strukturaju fajlokkal tudtamdolgozni. Ezen metodus nagy elonye nemcsak a kisebb fajlmeret,hanem a tovabbi ROOT es ALIROOT rekonstrukcios lepesek kihagyasavalnagysagrendekkel gyorsabban, kesleltetes nelkul tudtam az adatokhoz nyulnies szinte online informaciot kapni az adott futas alapveto parametereirol.(Egy 100.000-es minta rekonstrukcioja, mely az ALIROOT analızis nulladiklepese, kozel egy napig tartott (volna), mıg ıly modon perceken belul megvolta konverzio, s az analızis is kevesebb, mint egy percet vett igenybe.)

112

11.2.4. MIP detektalas

A detektalas alapveto eleme a prototıpus elulso reszen elhelyezkedosokszalas kamra. A HMPID detektor specifikacioitol csupan kis mertekbeneltero detektort hasznaltuk ezen tesztekhez; a sokszalas kamraban egykorabbi HMPID-es fotokatod es szalsık foglalt helyet.

A sokszalas resz optimilizalasat es elemi vizsgalatait az athalado toltottnyalabreszecskekkel vegeztem. Elsokent a kiolvasas idozıteset kellettbeallıtani. A hasznalt detektoroldali Gassiplex elektrnonika [57] [58] akorulbelul egy mikroszekundumon at vegez integralast, ıgy merve a toltest aparkettakon. A jelalak idolefutasat a hasznalt eloerosıto hatarozza meg, am akesleltetesnel a meresi zona (Beam Area) es a vezerloterem (Counting House)kozott oda-vissza futo jelek idokesleltetese is befolyasolja. A szintillatorokjelenek kesese (kb. 20-50 ns) nagysagrenddel kisebb a sokszalas kamrajelformalasahoz kepest, ıgy ezzel ezen esetben nem kellett kulon szamolni,illetve ezen idozıtesi parametert hozzaerthettuk a teljes jelkeslelteteshez.

A 71. abran lathato az athalado reszecskek detektalt jelenek atlagakulonbozo kesleltetesek eseten. A kesleltetes parameter a nyalab teruletenelhelyezett szcintillatorok koincidenciajelenek merohaz beli kesleltetesetmutatja, ıgy ezen parameter a reszecske athaladasahoz kepest kb. 300 ns-alvan eltolva. A gorben lathato optimalis 700 ns kesleltetes beallıta utan ezenparametert az osszes tovabbi meresre rogzıtettuk.

0

200

400

600

800

1000

0 500 1000 1500 2000 2500

Átla

gosa

n le

adot

t MIP

tölté

s [A

DC

egy

ség]

Késleltetés [ns]

Késleltetés függés, 2010 PS

71. abra. A MIP-bol szarmazo jelek atlaganak erteke kulonbuzo kiolvasasiidozıtesek eseten.

113

Kovetkezo lepes a metan toltogazu sokszalas kamra nagyfeszultsegenekoptimalis beallıtasa. Az athalado reszecskek altal leadott energia eloszlasaa Landau-eloszlat koveti. Ilyen mert MIP-jel eloszlas lathato a 72. abranharom kulonbozo nagyfeszultseg eseten.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

0 1000 2000 3000

Beü

tése

k

MIP klaszter töltése [ADC egység]

Run 2451

1900 V

Átlag: 155 adc

Effektivitás: 18.7 %

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

0 1000 2000 3000B

eüté

sek

MIP klaszter töltése [ADC egység]

Run 2452

2000 V

Átlag: 238 adc

Effektivitás: 69.4 %

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

0 1000 2000 3000

Beü

tése

k

MIP klaszter töltése [ADC egység]

Run 2453

2100 V

Átlag: 856 adc

Effektivitás: 98.1 %

72. abra. MIP altal leadott tolteseleszlas kulonbozo nagyfeszultesg eseten.

Az athalado reszecske altal leadott energia relatıve igan nagy is lehet, ıgyfontos, hogy az erosıtes meg a kamra szamara biztonsagos tartomanybanlegyen. Viszonyıtasi alapnak a HMPID detektornal szokasos ertekekettekintettuk, ahol a MIP jel atlaga a par szaz adc egyseg korul szokott lenni,s ezzel erik el a 99%-os MIP detektalasi hatasfokot. Ez a standard HMPIDkamrakban a 2000V-2050V feszultsegnel valosul meg [56]. Mivel jelen esetbena kamra belso strukturaja kisse elter az uvegre parologtatott katod miatt, ıgytermeszetesen a konkret feszultseg ertek is elter a szokasostol.

Sokszalas proporcionalis kamraknal a szalak precız helyzete, feszessege,valamint a katodsıkok lapossaga igen fontos. Ezen parameterek parszazalekos elterese az erosıtesben kozel tızszer akkora elterest okozhat [25].Ezen felul a vizsgalt rendszerben az ablaknal, a masik ablak helyen es akamra egyeb reszen meroben kulonbozo katodrendszer volt kialakıtva, ıgy azuniformitas vizsgalata igen fontos volt.

114

0

12

24

36

48

80 120 160

Y p

arke

tták

[pad

y =

8.4

mm

]

X parketták [padx = 8.0 mm]

Pozícófüggés, 2010 Oct PS, HV = 2100 V

Átlag = 824Medián = 611Effektivitás = 93.5%

Átlag = 989Medián = 809Effektivitás = 98.0%

Átlag = 445Medián = 274Effektivitás = 85.4%

Átlag = 439Medián = 232Effektivitás = 48.8%

Átlag = 698Medián = 493Effektivitás = 84.7%

Átlag = 823Medián = 634Effektivitás = 96.7%

Átlag = 823Medián = 641Effektivitás = 98.0%

Átlag = 741Medián = 564Effektivitás = 92.5%

70

75

80

85

90

95

100

Q4R Q3R Q2R Q1R Q1L Q2L Q3L Q4L

Effe

ktiv

itás

[%]

MIP effektivitás a detektor különböző régióiban

2115

V

2100

V

2240

V

2330

V

2240

V

2200

V

2100

V

2100

V

73. abra. (bal) A kamra nyolc szegmensenel mert MIP toltes atlaga,medianja es a szamolt effektivitas. Lathato, hogy a kamra egyes teruleteikozott jelentos elteresek voltak. .(jobb) A kamra nyolc szegmensehez tartozo nagyfeszultseg meres sorozatokeffektivitas gorbeje. Minden szegmensen mas-mas feszultsegbeallıtasokatkellett hasznalni az egyenletes erosıtes eleresehez. (A QN jelek az 1..4kvadransokat jelolik (N = int(Y/12) + 1), az R,L betuk a bal illetve jobboldalt.)

Az uniformitas merehez a MIP jeleket hasznaltam. A mozgathatoasztalon elhelyezett kamrat nyolc kulonbozo pozıcioba allıtva vegeztemmereseket, melyeknel a kis szcintillatorok koincidenciajara triggerelve a MIPaz adott nyolcad kozepen par parkettanyi helyre volt koncentralva. Atolteseloszlas atlaga, medianja es a kamra effektivitasa a 73. abra bal oldalireszen lathato a nyolc szegmensre. (Az effektivitasnal akkor fogadtam elegy esemenyt jonak, ha a teljes futas altal definialt MIP region belul voltmegtalalt klaszter az adott esemenyben.)

Sajnos jol lathato, hogy a kamra korantsem eri el a kıvant uniformitast.Ennek kompenzalasara ujabb meressorozatban probaltam meghatarozni akamra munkapontjat a nyolc kulonbozo regioban. Lathato a 73. abrajobb oldali reszen, hogy minden regiohoz talalhato megfelelo nagyfeszultesegbeallıtas. Mivel a szalak az ”X” iranyban fekudtek a kamran s negyszegmensre voltak osztva ıgy csupan a kamra egy-egy fele volt egyszerreuniforma teheto. A tovabbiakban az altalam ıgy meghatarozott beallıtasokathasznaltuk az osszes tovabbi mereshez.

115

11.2.5. Fokuszalas

A VHMPID fokuszalo geometriajanak egyik nagy elonye, hogy a gyuruhelye elso kozelıtesben fuggetlen a reszecske helyetol, s beerkezesi szogetolfugg csak elso rendben. A tobbfele beerkezesi helyet kıseletileg ugyvalosıtottam meg, hogy a nyalabdefinıcioban szereplo kis szcintillatorokhelyett a kamra mogotti nagy feluletu szcintillator adta a trigger jelet akiolvasashoz (lasd 11.2.2 resz). (Termeszetesen ekkor a triggerek egy reszenem tartozik nyalabreszecskehez, am ezen esetekben a detektor is csak zajtlat, tehat konnyen szurhettem ra az analızis soran.)

A fenti feltetelekkel felvett futtatas integralt toltesterkepet a 74. abramutatja. A bal also reszben lathato rajta a szcintillator teglalapos alakja,valamint a nyalabprofil hosszukas formaja. Lathato, hogy a reszecskek kozel10 cm x 5 cm -es teruleten erkeztek, am a gyuru pozıciojaban ez nemmutatkozik meg.

A gyuru helyzetenek precız fuggeset ket modon is vizsgalhatjuk.Kis szcintillatorokkal definialt nyalabot pozıcionalva kulonbozo helyeire akamranak, vagy a nagy szcintillatoros meresbol a MIP helyere valo megfelelovagasokkal. Mindket esetben hasznalhatunk integralt eloszlast, ıgy a kevesfoton (lasd 11.2.6. fejezet) okozta bizonytalansagot elkerulhetjuk (am abeerkezesi szogtol valo fuggest beleintegaljuk). Az elso modszerhez szuksegesmeresek utan megallapıthattam, hogy a gyuru kozeppontjanak (lasd 11.2.6.fejezet) mozgasa egy parkettanal kevesebb a 10 cm-es beerkezesi pontbelielteres eseten is.

70 80 90 100 110

X [cm]

0

10

20

30

40

Y [c

m]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

74. abra. Klaszterek eloszlasa a kamran. Szemmel is jol lathato, hogy agyuru helye szinte fuggetlen a beerkezo reszecske helyetol.

116

11.2.6. Foton detektalas

A VHMPID detektorban a sokszalas kamra elso sorban a keletkezoCserenkov fotonok detektalasert lesz felelos. A MIP jelek segıtsegevelmegtalalhattuk a kamra munkapontjat, am ezt a fotonikus reszen isellenorizni kell.

Mivel a gyuru kozepe a VHMPID-nel elso rendben nem fugg a beleporeszecske helyetol ıgy a gyurut mindig ugyanazon a helyen, az ablaknal,varjuk (lasd 11.2.5. fejezet es 74. abra).

A 75. abrakon az ablak regiorol lathatunk beuteseloszlasokat: A teljesablak regioban illetve a gyuru vart helyen a parkettak megszolalasat, illetvea megtalalt klaszterek szamat. A gyuru region kıvul keves beutes van, ezeketezen tul zajnak tekintem. Szarmazasukat tekintve johetnek az elektronikabol,a lavinanal keletkezo utolagos fenyfelvillnasokbol vagy korabban athaladtreszecskek maradvanyjelebol.

80

90

100

110

120

20

30

40

50

Ablak : beütés térkép

X [pad]

Y [pad]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

80

90

100

110

120

20

30

40

50

Gyűrű : beütés térkép

X [pad]

Y [pad]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

80

90

100

110

120

20

30

40

50

Ablak : klaszter térkép

X [pad]

Y [pad]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

80

90

100

110

120

20

30

40

50

Gyűrű : klaszter térkép

X [pad]

Y [pad]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

75. abra. Az ablak (bal oldaliak) es a gyuru regioban (jobb oldaliak) talaltbeutesek (felsok) es klaszterek (alsok) szameloszlasa.

Az ablak regiora valo vagas trivialis az adatsoron, hiszen ismert apontos geometriai helye. A gyuru kozepenek definialasahoz az analıs soran(opcionalisan akar minden futasra) megkerestem az a pontot az ablak

117

0

20

40

60

80

100

120

0 4 8 12 16 20

Kla

szte

rek

szám

a

Sugár [padx=8mm]

Sugár eloszlás klaszterekből

0

20

40

60

80

100

120

140

0 4 8 12 16 20

Beü

tése

k

Sugár [padx=8mm]

Sugár eloszlás beütésekből a gyűrű régióban

76. abra. A foton beuteseknek a megtalalt vart gyuru kozeppontjatolszamıtott tavolsaganak sugareloszlasa az ablak (bal) - valamint a megtalaltkozepponttol valo tavolsag a vagas utan ertelmezett gyuru regioban (jobb).

regioban ahonnan a beutesek tavolsag-eloszlasanak szorasa minimalis az futasintegraltjan (vagy annak egy vizsgalt megfelelo statisztikaju reszen, mint a10.3. fejezetben az alapfajl preanalızisenel). A gyuru regiora valo vagastebben a parameterben vegeztem, mint a legvaloszınubb ertek koruli ∆Rvagast, ahol ∆R a csucs koruli beutesek eloszlasaban a szoras haromszorosa.Egy tipikus futtatasra az ablak- es a gyuru regio beuteseloszlasat a 76. abramutatja.

A detektor mukodese szempontjabol mindenkeppen meg kell vizsgalni,hogy a foton illetve MIP kandidat klaszterek tolteseloszlasa megfelelo-e, azazjo-e az analızisemben a kandidatok meghatarozasa. Az athalado reszecskekeseten ezt a ??. fejezetben mar lathattuk, hogy a MIP kandidatok jeleloszlasakozel van a kıvant Landau eloszlashoz.

Az egy foton altal kiutott egyetlen elektron keltette jel a lavinastatisztikaeloszlasat kell hogy mutassa, mely nem tul nagy erosıtesek esetenexponencialis eloszlas [32]. (Jelen esetben az ettol valo Polya tıpusuelterest nem vizsgaltuk, mivel ez nem volt a kozponti kerdes.) Agyuru regioban levo klasztereket joggal tekinthetjuk foton jelolteknek.Bar a fotoelektron klaszterek altalaban 1-2 parkettanyi nagysaguak, aprecız gyuru rekonstrukciohoz a HMPID-nel megkulonboztetnek tobbfotonkandidat-klaszterosztalyt a klaszterek fomaja alapjan is[?].

A 77. abra bal felso reszen lathato a foton kandidat klaszterektolteseloszlasa. Mivel a fotonikus beutesek tobbsege csak egy parkettatszolaltat meg, ıgy utobbi nem sokban kulonbozik a gyuru regioban levobeutesek tolteseloszlasatol (77. abra jobb felso resze). Egyik legjobbkozelıtest az egyetlen parketta meretu klaszterek adhatjak (77. abra jobbalso resze), melyen ugyszinten latszik a vart exponencialis eloszlas.

118

10

100

0 200 400 600 800 1000

Gya

koris

ág

Töltés [ADC egység]

Klaszterek töltéseloszlása

10

100

0 200 400 600 800 1000

Gya

koris

ág

Töltés [ADC egység]

Beütések töltéseloszlása

0

500

1000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Gya

koris

ág

Klaszterk száma

Klaszterk száma

10

100

0 200 400 600 800 1000

Gya

koris

ág

Töltés [ADC egység]

Kis klaszterek töltéseloszlása

77. abra. A gyuru regioba eso klaszterek (bal felso) es beutesek (jobbfelso) valamint a kis klaszterek (jobb also) tolteseloszlasa. A gyurubeli klaszterszam eloszlasbol (bal also) lathato, hogy az osszeolvadoklasztercsoportok igen ritkak lehetnek.

A standard HMPID-kozeli beallıtasokkal (lasd 11.2.4. fejezet) felvettesemenyekben, bar lathato volt a Cserenkov gyuru, az azt alkotodetektalt fotoelektron beutesek szama igen alacsonynak bizonyult (∼ 0.5-1.2esemenyenkent), ami az esemenyszintu rekonstrukciohoz nem elegseges.Ez eredhet a radiator vagy az MWPC gaz esetleges szennyezettsegebol(bejuto oxigen es vız), vagy a sokszalas kamra nem megfelelo mukodesebol.Utobbi vizsgalatara ujabb nagyfeszultsegu meres sorozatot kezdemenyeztem,melynel a MIP regio feszultseget valtozatlanul hagytam (szikrakatelkerulendo), s csak az ablaknal huzodo szalak feszultseget valtoztattam.

Megvizsgaltam, hogy mikent valtozik ez az erosıtes fuggvenyeben atlagosfotoelektronszam. a kezdeti novekedest 2380 V korul szaturacio valtotta fel∼ 2 foton/esemeny ertek korul. A szaturacio azt jelenti, hogy a sokszalaskamraban keletkezo fotoelektronok szama valoban messze a vart alatt van.Am az, hogy a szaturacios feszultseg tobb szaz volttal a HMPID uzemifeszoltsege folott helyezkedik el, annak legvaloszınubb oka az az uj tıpusu(alakra parologtatott) katod, pontosabban az ablak feltoltodese.

A masik kezenfekvo gyanusıtott a radiator gaz volt. A gazszennyezettseget a nyalabteszt alatt nem volt modunk merni; am a

119

0

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5

1.75

2

2100 2150 2200 2250 2300 2350 2400

Beü

tése

k sz

áma

a gy

űrű-

régi

óban

HV (Q1 = Bal oldali ablak) [V]

C4F10 gázáramlás vizsgálata

Gyors áramlás

Lassú áramlás

78. abra. Lathato, hogy a gazaramlas sebessege nem befolyasolja jelentosena fotonhozamot, tehat a radiator ter megfeleloen gazzaro.

hasznalt C4F10 gazt elozoleg tobbszoros tisztıtas es meres utan vittuk at anyalabteruletre, melyek alapjan a palackban levo gaz megfelelonek bizonyult.Az esetlegesen bejuto oxigen- es vıztartalom ugy juthat be a radiatorterbe,ha az nem elegge gazzaro. Ezt ugy vizsgaltam, hogy a nominalishoz kepestiharomszoros gazaramlasi sebessegnel is elvegeztem a fent emlıtett meresisorozatot (78. abra).

Lathato, hogy a nagy aramlas eseten is ugyanolyan detektalt fotonszamertekeket kaptam, mint korabban, ıgy a gazban keletkezo fotonok”eltunesenek” nem a radiator tartaly a forrasa.

A fotoelektronok szamanak alacsony volta termeszetesen eredeztethetomas forrasokbol is. A CsI bevonat eloregedese drasztikusan csokkentheti akvantumhatasfokot. A hasznalt CsI bevonatu parkettazott nyakot technikaiokok miatt nem lehetett ellenorizni a meres elott; valamint a meres soran isbejuthatott az erzekeny reteget roncsolo vız es oxigen a metan terbe.

A tukrok fenyvisszaveresi hatasfokat csak magasabb hullamhossztartomanyon tudtak vizsgalni korabban a gyarban; a tukrok feluletenekegyenetlensegeibol adodo fenyszorodast pedig nem is allt modukbanfelterkepezni.

A tukor ellenorzesenek es a Cserenkovfotonok hosszu gazterben valoelnyelodesenek vizsgalatahoz javasoltam egy merest, melyben a teljesdetektort 180o-kal megforgattuk. Igy a fotonok tukrozodes nelkul egykorlapra erkeznek, aholis a kozepponttol mert tavolsaguk korrelal azaltaluk a gazban megtett uttal. Bar a merest sikerult vegrehajtni, akvantitatıv eredmenyek a nagy meresi bizonytalansagon belul megfeleltekaz elvarasoknak.

120

11.2.7. Elso reszecskeazonosıtas a VHMPID prototıpussal

Bar a VHMPID nagyobb energiakra lett tervezve, a PS T10impulzustartomanyaban is lehet reszecskeazonosıtas-kozeli mereseketvegezni. Az elektronok minimalis PS energian is mar a maximalis sugarugyurut adjak. A Cserenkov limit kozeleben gyorsan valtozik a gyuru sugara,ıgy a hatarertek kozeleben a pionok es a muonok is szetvalaszthatoak.A 3.0 GeV/c impulzusu meresnel az ablakbeli beuteseknek a gyuru vartkozeppontjatol mert tavolsagat (gyuru sugara) abrazoltam a 79. abran.A nagy hatter ellenere jol kiveheto harom gyuru, melyek az elektronok,muonok es pionok altal keltendo gyuruk elmeletileg szamolt sugaravalszepen korrelalnak. (A korabbi fejezetekben is emlıtett problemak miatt afenti allıtasnal tobbet a detektor ezen stadiumban sajnos nem allıthattam.)

0

50

100

150

200

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Beü

tése

k

Sugár [padx=8mm]

Sugár eloszlás 3.0 GeV/c momentumnál

Pion

Müon

Elektron

79. abra. Beutesek sugar iranyu eloszlas 3.0 GeV/c impulzusnal, valamint azelektron, muon es pion Cserenkov gyuruk sugarainak elmeleti ertekei.

11.3. Tobabbi tesztmeresek

Termeszetesen a fentieken tul voltak meg VHMPID-hez kapcsolodoteszmeresek, melyek nagy reszen en is reszt vettem, am mivel ezen meresekanalızise nem az en kozvetlen feladatom volt, ıgy reszletesen nem szamolokbe rola a dolgozatban.

A 2011 es 2012-es meresek fobb vizsgalatai a kovetkezok voltak: Aket radiatorgaz (C4F10,cC4F8O) osszehasonlıtasa, kulonbozo ablaktıpusok(kvarc, CaF2, zafır) osszehasonlıtasa, valamint a nagy nyomasu rendszertesztje. Reszletesebben ezekrol a [?], illetve a keszuloben levo VHMPIDtesztnyalabokrol szolo cikk szamol be.

121

12. TCPD detektor

A 8.3. fejezetben ismertetett modern mikrostrukturas gaztoltesu detektokcsaladja a toltott reszecskek detektalasan tul, a sokszalas proporcionaliskamrahoz hasonlatos modon, uj lehetosegeket nyit a fotondetektalasbanis. Az elso mikrostrukturas technologian alapulo fotondetektor a PHENIXkıserlet HBD (Hadron Blind Detector, Hadronokra vak detektor) nevuCserenkov detektoraban valosult meg [50] [51]. Ezen egyszeru kuszobszintesCserenkovdetektorban tripla GEM-et hasznaltak a szokasos CsI borıtassal.

Ezen teruleten a GEM technologian tul a korabbi fejezetekben (8.3. es??. fejezet) is emlıtett TGEM technologia is igen ıgeretes. A COMPASS[52] es a VHMPID detektoroknal is jelenleg aktıvan kutatott kerdes, hogyTGEM alapu fotondetektorral kivalthato-e a korabbi sokszalas technologia[?] [61] [?].

Bar a sokszalas alapu fotondetektorok (a normal MWPC-khez hasonloan)regota kivaloan mukodnek, a specialis feladat maitt az MWPC-knel elokerultkonstrukcios nehezsegeken tul uj problemakkal is szembe kell nezniuk [16][53].

Az elektronlavinakban keletkezo UV-fotonok nemkıvant ujabbionizaciojat a gazban a kiolto gazok hozzaadasaval erjuk el, azonban afotoszenzitıv reteggel bevont feluletbol nagyobb valoszınuseggel lehet ujabbelektronokat kiutni, s ujabb lavinakat indıtani. Ezen effektus a lavinameretevel aranyos, am az egyetlen fotoelektron detektalasahoz a szokasos(MIP-nek megfelelo) erosıtes sokszorosara van szukseg, ıgy a fenti ”feedbackphoton” jarulek problemakat okozhat. Offline levelasztasuknal problema,hogy a valodi fotonokkal azonos jelet hagynak a detektorban, am nem kıvanthelyen.

A lavinaban keletkezo elektronok mellett ugyanannyi ion is megjelenik,melyek lassan a katodok fele sodrodnak, s ulnek ki annak feluletere. Meresekbizonyıtjak [16], hogy a CsI feluletet az ionok nagy mennyisegben rongaljak,ıgy a fotoerzekeny felulet fele visszaaramlo ionok szama illetve szamaranya(IBF, ion backflow, ion visszaaramlas) minnel kisebb kell, hogy legyen. Ezaz arany egy klasszikus sokszalas kamraban 50%.

A Cserenkov detektorok nagy reszenel azonban nem csak fotonok, hanemathalado reszecskek is keresztulhaladnak a detektoron, melyek az egyedifotoelektronokhoz kepes 1-2 nagysagrenddel nagyobb toltest jelentenek adetektor szamara. Ezert nem csupan nagy dinamikai tartomanyu (ezertdraga) elektronikakat kell alkalmazni, hanem a gazerosıtes erteket ismoderaltan kell tartani a szikrak elkerulesehez. Am az alacsony erosıtesa fotonok eseteben az exponencialis lavinastatisztika miatt egyertelmuhatasfokcsokkenest eredmenyez.

122

Mikrostrukturas detektorok hasznalataval mindharom felmerult jelensegkeltette hatas csokkentheto, am termeszetesen ezzel egyutt uj problemak ismegjelenhetnek.

Az altalunk (REGARD csoport) javasolt TCPD (TGEM + CCC PhotonDetector, TGEM + CCC foton detektor), mint a neveben is bennefoglaltatik egy hibrid technologia, melyben a mikrostrukturas es a sokszalastechnologia egyszerre szerepel. Mentes a masodlagos fotonoktol, mersekeltionvisszaramlassal rendelkezik, valamint az athalado toltott reszecskekjele a fotonjelek nagysagrendjebe esik (ezen tulajdonsagokat a kovetkezofejezetekben mutatom be). A TGEM technologia miatt azonban afotoeffektıv felulet valamivel kisebb mint egy MWPC-nel (ennek reszleteita 13. fejezet taglalja). Mindezen tulajdonsagaival a javasolt uj kamratıpus aVHMPID egy lehetseges fotondetektor jeloltje lett [?].

12.1. A detektor felepıtese

A TCPD detektor vazlatos rajzat mutatja a 80. abra.Az UV-t is atereszto kvarcablak oldalarol erkezo fotonok a TGEM

feluleten konvertalodnak elektronokka. A katodot egy szalsıkkal valtottukki (30µm vastag szalak 1 mm tavolsagban), ıgy a fotonok 97%-a atjut rajta.

A TGEM felso feluletet fotoszenzitıv reteggel kell bevonni, ami Cserenkovsugarzas detektalasasa eseten a szokasos CsI. A labor tesztek alkalmavala draga es erzekeny CsI helyett arany bevonatot hasznaltunk; az aranykvantumhatasfoka nagysagrendekkel alacsonyabb, ıgy tobb kezdeti fotontkellett csupan hasznalni (ami technikailag egyszerubben kivitelezheto).

A TGEM feluletebol kilepo fotoelektron a TGEM legkozelebbi lyujahozvandorol (lasd 13. fejezet), ahol a TGEM gazerosıtesenek koszonhetoenatlagosan mar GTGEM darab elektron folytatja utjat a TGEM alatt; azaltalunk hasznalt erosıtes erteke tipikusan 10-100 koruli.

A TGEM alatt elhelyezett CCC kamra a TGEM felol erkezo (szinteMIP-nek megfelelo mennyisegu) 10-100 elektront erosıti tovabb, s a CCC-nelmar megismert jelet eredmenyezi.

Termeszetesen az also katod szegmentalasaval itt is ket dimenziobanhelyerzekeny rendszert hozhatunk letre, amint azt a ??. fejezetben ki ishasznaljuk valodi Cserenkov gyuruk meresenel.

Vizsgaljuk meg a TCPD elrendezest a fenti fejezetben megemlıtett haromfotondetektalasi problema oldalarol.

A masodlagos fotonok, melyek a gondot okozhatnak az MWPC-k eseten,a lavina helyen keletkeznek; azaz a TCPD eseten kis mertekben a TGEMlyukjaban, nagy reszben pedig a CCC erzekeny szalainal. Am ezen pontokbol(az egyenesen terjedo fotonok) nem tudjak megvilagıtani a TGEM felso

123

TGEM

~ 4.5 mm

~ 6.0 mm

~ 1.5 mm

(4mm vastag)

Kvarc ablak

(atlatszosag 97%)

Foldelt lap

Katod szalak

Erzekeny szalak Terformalo szalak

80. abra. A TCPD vazlatos rajza.

feluletet, ıgy elso kozelıtesben a problema teljesen megszunt. Termeszetesen akvarcuveg illetve a femfeluletekrol visszaverodo masodlagos fotonok elerhetika fotoerzekeny reteget, de ennek valoszınusege elhanyagolhato.

A nagy lavina a CCC reszben keletkezik, ıgy az ionok nagy resze is. ATGEM-nel keletkezo nehany ion egy resze a katodra, masik resze a TGEMfelso feluletere ul ki (a pontos arany a katodter erteketol fugg), de ez ateljes ionmennyisegnek szinte elhanyagolhato (G−1

CCC) resze. A CCC szalainalkeletkezo ionok nagyreszt a terformalo szalakhoz, egy reszuk a parkettakhozilletve a TGEM also feluletehez illetve a katodhoz vandorolnak, s csak kisreszuk (∼ 20%) jut a TGEM felso feluletehez.

Termeszetesen nem csak a fotonok, hanem az athalado toltott reszecskekis hagynak jelet a kamraban a TGEM alatti es feletti gazteret egyarantionozalva. Amennyiben a TGEM feletti terben az elektromos tererosseget olymodon allıtjuk be, hogy onnan az elektronok a katod iranyaba sodrodjanak(reverse field, fordıtott ter) a MIP altal keltett jelet erosen csokkentjuk (MIPsuppression, MIP elnyomas). Ilyen modszert hasznaltak mar a HBD esetebenis[?]. Ennek kvantitatıv hatasat a 12.4. fejezetben illetve a 86. abranmutatom majd be.

Egy 20x20 cm2 aktıv feluletu TCPD kamra konstrukciojanak par kiemeltlepeseit mutatjak a 81. abra kepei.

Az altalunk hasznalt TGEM-ek 400µm vastagok voltak, a lyukak merete300µm, tavolsaguk 800µm, s a perem szelessege 60µm. A CCC resz aszokasos parameterekkel lett kiepıtva, azaz a szalsık 1.5mm volt a parkettakfelett, 21 µm es 100 µm vastag szalakkal, ahol az azonos potencialu szalaktavolsaga 4mm volt.

124

81. abra. Kepek a TCPD kamra epıtesebol (balrol jobbra haladva). 1. CCCkamra kialakıtasa. 2. TGEM es katod lapok elhelyezese. 3. Kamradozobaintegralas. 4. Kvarcuveg ablak behelyezese. 5. Kis meretu radiatorral ellatottosszeszerelt kamra. 6. A CsI borıtasu TGEM behelyezesehez kesztyusdobozos operaciora van szukseg.

.

125

12.2. Labor osszeallıtas

A gaztoltesu Cserenkov detektorokban a hasznalt CsI bevonat a kemenyUV fotonok detektalasat teszi lehetove. Ennek laboratoriumi eloallıtasanem olcso, valamint a CsI bevonat is igen erzekeny, ezert a laboratoriumitesztekhez mas megoldast kerestunk.

A LED technologia folyamatos fejlodesenek eredmenyekent, mar most isletezik a piacon a kemeny UV tartomanyban mukodo LED. A meresek sorana Sensor Electronic Technology Inc. ceg altal gyartott UVTOP240 [?] jelzesufenyforrast hasznaltuk. A LED 248nm-es atlagos hullamhosszal rendelkezik,10nm szelesseggel. Igy a labortesztekhez hasznalt arany bevonatbol, ugyancsak kis hanyadban, de kepes egyedi fotoelektronokat kiutni.

A LED impulzusuzemu meghajtasaval a triggereles kerdeset ismegoldottuk. A hazi keszıtesu meghajtoban az impulzus hossza (50−1000ns)es periodusa (1 − 100kHz) egyarant allıthato volt a meresi kıvanalmaknakmegfeleloen. A LED a szimmetrizalt impulzust ket ellenallason keresztulkapta meg, melyekkel a fenyintenzitast lehetett beallıtani.

1

10

100

1000

10000

0 500 1000 1500 2000 2500

Ent

ries

Q [adc units]

0.35 PE/event0.11 PE/event0.03 PE/event

Background noise

0.35 PE/event0.11 PE/event0.03 PE/event

Background noise

82. abra. Detektalt tolteseloszlas kulonbozo fenyintenzitasok eseten.Lathato, hogy a gorbek alakja azonos, mely megerosıti, hogy egyfotonesemenyekrol van szo [?].

A nem idealis fenyhullamhossz es az arany igen alacsonykvantumhatasfoka miatt nagy fenyintenzitast kellett hasznalni, amikorisfontos volt megvizsgalni (s kontrollalni) hogy egyedi fotoelektronokatmerunk-e. A mert spektrum ismereteben ez konnyen megteheto;az atlagos fotonszamot az 1 − 10% nagysagrendjeben tartva ezbiztosıtottnak tekinteheto, hiszen a tobbfoton-esemenyek valoszınusegeelhanyagolhato. (Mivel ha az egyetlen fotoelektron keltesenek valoszınusege

126

P1 = N · p(1 − p)N−1 ≈ N · p ahol N a fotonok szama, p ≪ 1 az konverzio

valoszınusege, akkor P2 =(N2

)· p2(1− p)N−2 ≈ 1

2P 21 .)

A kulonbozo intenzitasok eseten mert spektrum lathato a 82. abran.Az egyetlen elektrontol szarmazo jel az MWPC-khez hasonloan a

lavinastatisztikat koveti, azaz exponencialis (nagy erosıteseknel elterhetettol). Ezt kihasznalva a mert spektrumra exponencialis fuggvenyillesztesevel meghatarozhato az osszes fotoelektronok szama. Detektaltfotoelektronok szama definıcio szerint legye egy adott vagas (altalaban azaj szorasanak haromszorosaval a pedesztal felett) feletti beutesek szama.Az ersosıtes definıcio szerint nem mas, mint az atlagos lavinameret, melymatematikailag megegyezik az exponencialis inverz meredeksegevel, illetveegy tetszoleges vagas feletti atlagnak es a vagas ertenenek kulonbsegevel.Zaj nelkuli esetben az S(Q) spektrumot felırva ıgy adodnak a fent emlıtettmennyisegek:

S(Q) =Nγ

G· e−Q/G (35)

Nγ =∫

0

S(Q)dQ (36)

Ndet =∫

Q3σ

S(Q)dQ (37)

G =

∫Qcut

QS(Q)dQ∫Qcut

S(Q)dQ−Qcut (38)

12.3. Erosıtes merese

A TCPD mukodesehez eloszoris ismerni kell a TGEM es a CCC reszerosıtesgorbejet. Fordıtott katodteret es zerus TGEM feszultseget hasznalvaaz athalado toltott reszecskeknek csak a TGEM alatti terben ionizaltenergiaveszteseget merjuk, ıgy a CCC resz konnyen merheto. Kis erosıtesekıly modon nem merhetoek, am kozvetve igen: Nagy TGEM erosıtes mellettketfele CCC feszultsegbeallıtas relatıv erosıtesaranya merheto, mint azatlagos MIP jelek aranya.

A 83. abra mutatja a CCC resz abszolut erosıteset, ahol a piros pontok acsak CCC-t tartalmazo direkt meresek, mıg a kek pontok a relatıv MIP jelekaranyabol szamolt erosıtesek.

Egy TGEM abszolut erosıtesenek meghatarozasahoz erdemes a normales fordıtott katodtereket is merni, mivel ekkor az athalado toltott reszecskekeltette jel ıgy alakul:

QNormal ∼ dCCC ·GCCC + dCathode ·GTGEM ·GCCC (39)

QReverse ∼ dCCC ·GCCC (40)

127

100

1000

10000

100000

1100 1200 1300 1400 1500 1600

Erő

síté

s

Érzékeny szál feszültsége [V]

CCC rész abszolút erősítése metánban

DirektKözvetett

Exponenciális fit

83. abra. A TCPD detektor CCC reszenek abszolut erosıtesgorbejemetanban. A piros pontok a direkt, mıg a kekek a kozvetett mereseket jelolik.Lathato, hogy az erosıtes jol kozelıtheto egy exponenciali fuggvennyel.

0.01

0.1

1

10

100

0 500 1000 1500 2000

TG

EM

Erő

síté

s

UTGEM [V]

CH4

84. abra. TGEM abszolut erosıtesgorbeje metanban.

ahol dCCC a TGEM alja es a parkettasık tavolsaga, mıg dCathode TGEM tetejees a katodsık tavolsaga. A fent emlıtett mert jelek aranyabol a CCC erosıteseis kiesik, ıgy konnyen merheto a TGEM erosıtese.

Nagy TGEM erosıtesertekek eseten a fenti aranykepzo modszernem alkalmazhato tovabb, am lepcsozetes feszultsegallıtassal a relatıvjelnagysagokbol tovabb is merheto. A hasznalt TGEM abszolut erosıtesetmutatja a 84. abra.

128

12.4. Katodter hatasa

A GEM es TEGM alapu fotondetektorok egyik jelentos elonye a korabbanis emlıtett MIP elnyomas. A fordıtott katodter hatasara az atmeno reszecskeTGEM feletti terben keltett elektronjai a katodra vandorolnak, ıgy nemadnak jarulekot a detektalt jelhez. Azonban a TGEM felett parszazmikronban keltett elektronokat meg kepes befogni a TGEM elektromostere, ıgy ezen esetekben az also terben keltett jelen tul igen nagy jelek iskeletkeznek.

A 85. abran lathato a csak CCC reszbol (fordıtott katodter es zerusTGEM erosıtes mellett) szarmazo jel skalazva; valamint a TCPD-nel szokasoselnyomott MIP jel eloszlasa. Utobbit a Landau eloszlassal osszehasonlıtvamegfigyelhetjuk a vartnal gyakoribb relatıve nagy jelek megjeleneset.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 50 100 150 200

Gya

koris

ág

Detektált töltés [ke]

Skálázott normális MIP jelElnyomott MIP jel

85. abra. Normalis (Landaus) es elnyomott MIP jel detektalt spektruma.Utobbi eseten neha a TGEM feletti reszbol egy-egy elektront erosıt a TGEMs a naıvan vartal nagyobb toltest detektalunk.

A MIP elnyomast az atlagos MIP jel katodterrel valo valtozasanalfigyelhetjuk meg, melyet a 86. abra mutat. A elnyomas merteke a TGEMerosıtes nagysagrendjeben van, a fenti effektus miatt azonban annal valamivelkisebb.

A katodter nem csak a MIP-re, hanem a detektalando fotoelektronokra isnagy hatassal van. Nagy fordıtott katodter eseten a keletkezo fotoelektronoka katodhoz vandorolnak, mıg nagy normal ter eseten nem tudnak kilepnia feluletbol; az optimum a zerus ter korul van. A detektalt fotoelektronok

129

szamat, illetve erosıteset a MIP elnyomassal egyutt a 86. abra mutatja. Jollathato, hogy nagy terek eseten valoban csokken a detektalt fotoelektronokszama.

A fenti, ugyan kvalitatıv, meres precızebb, mikrostrukturas vizsgalataraa ??. fejezetben terek majd ra.

A MIP elnyomast es a maximalizalni kıvant fotoelektronszamot szemelott tartva a fentiek alapjan a altalunk leggyakrabban hasznalt (szamunkraoptimalis) megoldas a kis fordıtott ter, mint azt a HBD-nel is hasznaltak [50][51].

0

500

1000

-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500

Det

ektá

lt je

l nag

yság

a [k

e]

Átla

gosa

n de

tekt

ált f

oton

ok s

zám

a [t.

e.]

Katódtér [V/cm]

MIP jel átlagos nagyságaFotonjel átlagos nagysága

Átlagosan detektált fotonok száma

86. abra. Az atlagos MIP jel, valamint a fotoelektronok szama es erosıtese akatodter fuggvenyeben. Jol megfigyelheto a fordıtott ternel a MIP elnyomas.

130

12.5. Cserenkov detektor

A nagy impulzusu reszecskek sebessegenek meresere szolgalo gyuruformalo Cserenkov detektoroknal termeszetesen a gyuru rekonstrukciojahozszukseges a fotondetektor ketdimenzios felbontasa. A TCPD-nel a klasszikussokszalas kamrakhoz, illetve a CCC-hez hasonlo modon az also katodotparkettaztuk fel.

A kiolvaso elektronikakat es mero kornyezetet a HMPID-es kollegakbiztosıtottak, ıgy a parkettak meretet es a csatlakozok kiosztasat is ennekmegfeleloen terveztem. Igy a parkettak 8.4mm × 8.0mm-esek volt, s egyfront-end kartyara 8× 6 csatlakozott. A teljes detektor aktıv felulete a vartgyuru meretenek [?] es a fenti kvantalasnak megfeleloen 24×24 parketta lett,ami kozel 20× 20cm2.

A Cserenkov fotonok meresehez az arany borıtasu TGEM-et ki kellettcserelni a CsI bevonatura. Mivel utobbi a vızre es az oxigenre is erzekeny,a muveletet kesztyus dobozban kelett vegrehajrani (lasd: 81. abra jobb alsokepe). Ekkor kerult felszerelesre a korabban a HMPID-es tesztekhez hasznaltallıthato radiator is.

87. abra. Foto a CERN PS T10 zonajaban 2012-ben felallıtott TCPDnyalabmeresrol. LEHET, H MASIK KEP JON IDE, HA MEGLESZ AZUJ

131

88. abra. Nehany szep egyedi esemeny beutesterkepe. A szınkod a merttoltes nagysagat jelenti a [0-400]ke-os skalan. A koncentrikus piros pontokkalrajzolt korok a gyuru vart helyet zarjak kozre.

Valodi Cserenkov sugarzassal a kamrat a CERN PS gyorsıtojanalteszteltuk, a mar korabban is hasznalt T10-es zonaban. A meresi osszeallıtasta 87. abra mutatja. A kis meretu triggerelo szcintillatorok kozott helyeztuk ela TCPD-t. Jol lathato a TCPD-hez (legmentesen) rogzıtett radiator egyseg,melyben a HMPID-nel is hasznalt Cserenkov folyadeket, C6F14, keringettuk.A TCPD korul lathato a precızios mereshez felszerelt 2 × 2 BPD [?] mely aszcintillarotoknal pontosabb palyameghatarozast szolgalta.

A ??. fejezetben ismertetett ALICE kornyezetet szimulalo adatgyujtorendszerrel mertunk, kiolvasashoz a standard HMPID-es Gassiplex alapu[57, 58] [56] elektronikakat hasznaltuk. A szcintillatorok koincidenciajaratriggereltunk, majd megfeleloen elkesleltetve indıtottuk a toltesgyujtest.

A laborban metant biztonsagi okokbol nem hasznalhattunk, ıgy alaborteszteket Ar/CO2 gazban vegeztuk. A vegso detektorhoz azonbanmetant fogunk hasznalni mivel az a legalkalmasabb fotondetektorokhoz [49],ıgy eloszor a CCC es TGEM erosıtesgorbeket mertem meg az uj gazban. Amegfelelo idozıtes beallıtasan tul megmertuk a kihuzo ter hatasat, illetvea katodter hatasat a MIP es a fotonjelekre (ezek eredmenyeit az elozo

132

fejezetekben bemutattam). A specialis allıthato radiatorral a fotonok szamat,illetve a gyuru sugarat is lehetett allıtani, ıgy fotonokkal is merhettunkkamrauniformitast es zajhatteret.

Az alapveto mukodesi parameterek kimerese es beallıtasa utanraterhettunk a Cserenkov gyuruk detektalasanak kerdesere. Nehany szepegyedi esemenyt mutat a 88. abra standard beallıtasok eseten. Aparkettankenti beutesek nagysagat a szınskala kodolja. Lathatoak aformalodo klaszterek, illetve a MIP elnyomas hatasa, aminek koszonhetoena MIP es fotonjelek azonos nagysagrendben vannak.

Az egy futtatasra vett toltesekkel sulyozott integralt beutesterkepen (89.abra) jol latszik a kozepre erkezo MIP jel, valamint a korulotte formalodoCserenkov gyuru.

Az ALICE kornyezetet szimulalo meresben a keletkezo nyers adatokategy egyszeru ROOT programmal ASCIII formatumma alakıtottam a tovabbigyors feldolgozast elosegıtendo (hasonloan, mint a ??. fejezetben). Azanalızis soran a beutesekbol eloszor ketdimenzios klasztereket alkotok, s atovabbiakban a klaszterek helye es toltese alapjan osztom oket MIP illetvefoton kandidatok koze (vagy zajnak nevezem).

0 8

16 24

0

6

12

18

24

0

1000

2000

3000

Gya

koris

ág

x [pad]

y [pad]

Gya

koris

ág

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

89. abra. Integralt toltesterkep, a kamra kozepere fokuszalt nyalab helyenaz elnyomott MIP jel latszik, korulotte pedig szepen kirajzolodik a detektaltCserenkov gyuru.

133

1

10

100

1000

10000

0 100 200 300

Gya

koris

ág

Detektált töltés [ke]

90. abra. A TCPD-vel detektalt Cserenkovfoton-kandidatok tolteseloszlasa.Az elnyomott MIP-nek koszonhetoen az erosıtest konnyeden 103 fole lehetettvinni.

A klasztereket a kovetkezokeppen formalom: Szabadnak nevezem aklaszterhez nem tartozo beuteseket, s amint hozzaadtam egy klaszterhez,kiveszem ezen csoportbol. Uj klasztert a legnagyobb toltesu szabad beutesselkezdek. Klasztert egy adott beutesetol tovabb bovıtek a szomszedos, nalakisebb toltesu szabad beutesekkel.

A fotonkandidatok tolteseloszlasan (90. abra) jol latszik a vartnakmegfelelo kozel exponencialis eloszlas. Az elnyomott MIP-nek koszonhetoenkelloen nagy erosıtest is konnyen el lehet erni a TCPD detektorral.

A gyuru rekonstrukciojahoz minnel tobb szeparaltan detektalt foton azidealis, melyet egy folyadek kozegben konnyen lehet valtoztatni a radiatorvastagsagaval. Az altalunk hasznalt radiatorral ezt meg is merhettuk, amegy gaztoltesu Cserenkov detektorban az altalaban limitalt hely miatt agazter, s ıgy a fotonok szama is erosen limitalt; ezert is fontos a relatıvenagy fotoelektron detektalasi hatasfok. Ez tobb reszbol tevodik ossze: akonverzio kvantumhatasfoka, mely mindket esetben a CsI-nak megfelelo; azelektronok feluletbol valo kihuzasanak hatasfoka, mely a feluleti tererossegtolmonoton fugg; a hasznalt gaztol (metan a legidealisabb, ezert hasznaltuk miis ezt); a fotoelektronok sokszorozasi terig valo eljutasanak valoszınusegetol(gazfuggo); illetve a detektor detektalasi hatasfokatol. Termeszetesen ezekegy resze helyrol helyre valtozhat (lasd peldaul a 13. fejezetet, vagy [59]) amsok esetben elegseges az atlagot nezni.

A TGEM es ıgy a TCPD egyik nagy hatranya, hogy a lyukak miatt aCsI-dal borıtott felulet az aktıv feluletnel partız szazalekkal kevesebb, melyegyertelmuen osszhatasfok csokkeneshez vezet. Bar ez a parkettazas miatt a

134

0

500

1000

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Gya

koris

ág

Detektált fotonok száma

91. abra. A gyuru helyen kapott fotonkandidatok szamanak eloszlasa 10 mmvastag C4F10 radiator eseten.

klasszikus MWPC-knel is megjelenik [59] a fenti parkettameret eseten utobbijoval kevesebb. A VHMPID-ben a HMPID-hez kepesti kisebb gyuruk miattvaloszınu a parkettameretek is csokkennek, mellyek az MWPC alapu verziokis partız szazalekos vesztesegre tesznek szert, ıgy engedve nagyobb teret amikrostrukturas technologiak terhodıtasanak.

A 91. abra bal oldalan lathato a gyuru menten detektalt fotonkandidatokszamanak eloszlasa egy 10mm-es radiator esteben. Az atlag a korabbiHMPID-es meresekhez kepesti ≈ 60%-os hatasfokot kepvisel [56]. Ezen aTGEM lyukkonfiguraciojanak optimalizalasa varhatoan 10 − 20% abszolutjavulast is jelenthet. Ehhez a mikrostruktura hatasanak reszletekbemenotanulmanyozasa szukseges, mellyel a megszerzett meresi tapasztalatokalapjan fejlesztett szimulacios eszkozok es a kolunbozo konfiguraciokatvizsgalo meresek egyuttsen fogjak adni a tovabbi instrukciokat. Errol a 13.fejezetben ırok bovebben.

A fejezetben megmutattam a TCPD gaztoltesu fotondetektorkent valohasznalhatosagat. A MIP elnyomas es a masodlagos fotonjarulekok eltunesemellett a CCC struktura miatti egyszeru konstrukcio is nagy elonytjelent. Egyedi Cserenkov fotonok detektalasaval es gyururekonstrukciovalbizonyıtottam, hogy megfelel RICH detektorokban valo hasznalatra. Amikrostrukturas szerkezet okozta effektıv fotonszamcsokkenes miatt finomparkettazottsagu vagy nagy fotonszamu kıserletekhez ajanlott leginkabb.

135

13. Precızios TGEM-felulet vizsgalat

Az elozo (12.) fejezetben ismertetett TCPD, valamint minden TGEMilletve mikrostrukturas fotondetektor eseten sarkalatos kerdes a stukturaboladodo fotonhozam veszteseg ismerete. Egy TGEM eseten a lyukakegyertelmuen nem vonhatoak be fotokonverter reteggel, s ıgy a lyukakba esofotonokat nem tudjuk (alapesetben) detektalni. Termeszetesen praktikus,sot a VHMPID eseten egyenesen szukseges, hogy a leheto legtobb fotontsikeresen detektaljuk. Ertheto, hogy a lyukak merete es tavolsaga erosenbefolyasolja az aktıv felulet nagysagat, am nem egy egyszeru geometriaioptimumot kell talalni. A tul messze elhelyezkedo kicsi lyukak (mint a lehetolegtobb fotoerzekent feluletu konfiguracio) eseten a fotoelektron begyujtese,illete a lyukak kozotti szimmetriazonakbol szarmazo veszteseg lesz dominans.

Az ”optimalis lyukkonfiguracio” kereseset tobb iranybol is meglehet kozelıteni. Minden esetben eloszor pontosan definialni kell amaximalizalando mennyiseget, mivel kulonbozo kıserletekhez mas es masparameterek fontosak (erosıtes, fotonhozam, ion-visszaaramlas, ...).A legegyszerubb, am rettentoen ido es penzigenyes, meresi mod a kulonbozolyukkonfiguracios lemezek installalasa adott osszeallıtasba, s az eredmenyekdirekt osszehasonlıtasa. Elektrosztatikus szamolasokkal a kialakuko terbolszamolhatoak bizonyos effektusok, am bonyolult rendszerek eseten ez nem tulmegbızhato. A kulonbozo konfiguraciok szimulacios kezelese egyszerubb, amehhez a szimulaciokat validalni kell, lehetoleg a mikrostukrura meretskalajan.Mindezekhez kivalo alapot es egyben egy uj meresi modszert jelent(ene) egymirkomeretu forrassal valo meres.

Jelen fejezetben ez utobbinak gyakorlati megvalosıtasarol es a merteredmenyekrol szamolok be.

136

13.1. Meresi osszeallıtas

A precızios feluleti vizsgalathoz egy harom dimenzioban mozgathato,parszaz mikrometer nagysagu foltra fokuszalt UV forrast hasznaltunk. Afeluletbol pontosan ismert helyen kiutott fotoelektronra adott kamrajeletmerve vizsgaltuk a ketdimenzios strukturat.

A mereshez nem szukseges a nagy kvantumhatasfoku fotoerzekeny retegmeglete, am elengedhetetlen, hogy az UV forras kepes legyen elektronokatkiutni a feluletbol. Mereseink soran a 12. fejezetben mar ismertetettUVTOP240 [?] nevu LED-et hasznaltuk, mellyel aranyozott feluletbol, ugyanigen kis hatasfokkal, ki lehet utni egyedi elektronokat (lasd 12.2. fejezet).

A kis kvantumhatasfokot nagy eredeti fotonfluxussal lehet alapvetoenellensulyozni, am a fokuszalashoz szukseges kis meretu lyuk miatt mar azUV LED maximalis fenyereje volt a korlatozo tenyezo. Ezert a mereseksoran minden meresi pontban a kozel 100-1000 fotonesemenyhez tobbezeresemenyt kell rogzıtenunk.

A TGEM feluletenek vizsgalatahoz egy TCPD kamrat hasznaltunk. Azalabb ismertetett meresekhez hasznalt TGEM-ben az egymastol 800 µm-rehatszogracsban elhelyezkedo 60 µm peremu 300 µm-es lyukak egy 400 µmvastag nyakon helyezkedtek el.

13.1.1. Optikai rendszer

Az optikai osszeallıtast a 92. abra bal oldai rajza szemlelteti. AzUV LED fenyet egy kis lyukon at egy kvarclencsen keresztul fokuszaljuka TGEM feluletere. A kis lyukat tartalmazo lapka cserelheto, ıgykulonbozo lukmeretekkel is lehet merni; az altalunk hasznalt atmerok:0.15mm, 0.30mm, 0.50mm, 1.00mm. (A lyukak a lapkaban egyszerumechanikai furassal lettek kialakıtva.) A fokuszalashoz hasznalt kvarclencsefokusztavolsaga 25mm lathato fenyre. Az optikai hibak csokkenteseerdekeben a lencsenek csak egy 8mm atmeroju reszet hasznaltuk.

A teljes optikai rendszer egy kis meretu keretrendszerre volt erosıtve,melyet egy haromdimenzios mozgathatomechanikara rogzıtettuk. Amozgatorendszer harom egydimenzios precızios leptetomotoros tengelybolallt, melyeknel egy lepes 2.5µm, egy teljes fordulat pedig 200 lepes.

A vizsgalando kamrat a fenti optikai rendszer alatt, egy allıthatomagassagu, haromlabu asztalon rogzıtettuk.

137

katod

3D asztal

TGEMszalsik

cserelheto lyuk

UV LED

kvarc lencsediafragma

kvarc ablak

TCPD

92. abra. (Bal) A finom felbontasu feluleti pasztazo optikai osszeallıtasanakvazlatos rajza. (Jobb) Az optikai rendszer es a leptetomotoros mozgatofenykepe.

.

138

13.1.2. Adatgyujto rendszer

A hasznalt TCPD detektorban a kis foltra (akar 80µm) fokuszalt UVfeny az adott teruletrol az arannyal bevont TGEM feluletebol egy elektrontkiuthet, melyet a TGEM kozeli lyukjan at GTGEM erosıtest kap. A GTGEM

darab elektron jut tova a CCC szalakhoz, ahol lavina alakul ki.A meresek soran az erzekeny szalakat (SW) olvassuk ki, mely az egesz

kamran ossze van kotve. (A fontos helyinformaciot a fokuszalt rendszerbolszarmaztatjuk.) A szalak erosıtett jelet (erosıto: A.I.8.1., hasonlo a 10.2.2.fejezetben bemutatottakhoz) egy Camac ADC-vel (Caen C1205 [79]) olvastukki.

A meroprogramnak fontos feladata a haromdimenzios asztal pozıcionalasais, ezert ezen funkciokat is integraltam a ??. fejezetben ismertetett”Measurement Controller” programomba. Egy extra ablakban kapott helyetaz uj funkciok sora. Az asztalt harom dimenzioban lehet adott pozıciobamozgatni (az aktualis pozıcio automatikusan frissulve mindig latszik azablakban). Tobbdimenzios pasztazo mereseket is innen lehet indıtani:A kijelolt pasztazando tengelyeknel be kell csupan allıtani a vizsgalandotartomanyt es a lepeskozoket. A Scan gomb megnyomasaval a fentibeallıtasokbol kiszamolt helylista minden pontjaban egy-egy a foablakbanbeallıtott meres indul, s metodik egyetlen fajlba az aktualis helykoordinatakrogzıtesevel.

A 93. abran egy a fenti modon felvett spektrum lathato egy lukkornyezeteben.

10

100

1000

10000

100000

0 500 1000 1500 2000 2500

Ese

mén

yek

szám

a

Q [adc]

Foton-jel töltéseloszlása

93. abra. Mert tolteseloszlas egy kis lyukon atvilagıtott UV LED eseten. Arelatıve nagy zaj mellett szepen latszik a vart exponencialis eloszlasu jel.

A merorendszer az utobbi idoben fejleszteseket vegeztunk, aholis a Camacrendszert egy uj ADC-vel, illetve a regi mozgatorenszert egy uj meghajtovalhelyettesıtettuk. Errol reszletesebben a 13.7. fejezetben szamolok be.

139

13.2. Adatanalızis

Az adatok analıziset vegzo programot C/C + + nyelven ırtam. Azadatanalızis alapegysegei a meresi pontok. Minden meresi ponthoz sokesemeny tartozik, melyek egy-egy ADC adatbol, valamint az elozo esemenyota eltelt idobol allnak (lasd ??. fejezet). Utobbiakbol az esemeny, illetvea meresi ponthoz tartozo abszolut ido szamolhato, melynek a stabilitasvizsgalatanal (lasd 13.4. fejezet) jo szolgalatot tesznek.

Minden meresi ponthoz tartozik egy az ott az osszegyujtott adatokbolkeszıtett hisztogramm. Az alapvetoen merendo ertekek, mint a TCPD-nelis a 12.2. fejezetben is, a ”detektalt fotoelektronok szama (NDPE, PY)”,”osszes fotoelektronok szama (NAPE)”, ”erosıtes (illesztett) (GF)”, ”erosıtes(szamolt) (GC)”. Ezen ertekek minden meresi pontra meghatarozhatoak atolteseloszlas hisztogramm ismereteben (lasd (35-38) egyenletek).

A stabilitas meghatarozasahoz szukseges ujrameresi pontokat a normalismeresi pontoktol levalasztva kezelem, s a 13.4. fejezetben kifejtett idofuggohely, hozam es erosıtes ertekeket szamolom beloluk.

A TGEM-lyukak eseten a vart fotonhozam nulla. Termeszetesen a zaj,a visszverodott fotonok, illetve a kozmikus hatter miatt a lyukaknal isdetektalunk par fotoelektronnak megfelelo jelet. A programban a ”sotetpontokkent” definialom az teljes vizsgalt feluletre vett atlagos fotonhozam30%-anal kevesebb detektalt fotont tartalmazo meresi pontokat. A sotetpontok ketdimenzios klaszterezese utan elvegzek meg egy klasztermeret vagasis, hogy a valodi lukakat talaljam meg, ugyanis a szimmetria pontok (lasd.13.5. es 13.6. fejezet) is hasonloan ineffektıvek tudnak lenni bizonyosfeszultsegbeallıtasoknal. A lyukak megfelelo sotet klasztereknek ertelmezhetoa kozeppontja. Valamint definialom ezen lyukak vonzaskorzetet, mint azonmeresi pontok halmazat, melyek az adott lyukhoz kozelebb vannak, mintbarmely masikhoz. Ezzel algoritmikusan is vizsgalhato a lyukak gyartasipozıcionalasa, illetve a 13.5. fejezetben is szereplo lyukakhoz tartozo terulet(s ezzel a ”lyukerosıtes” is).

A program az analızis vegeztevel a parancssori kapcsolokkal megadottkıvant eredmenyeket menti a kimenti fajlba, illetve keres eseten, elkeszıtiaz alapabrakhoz tartozo Gnuplot szkripteket, s az alapabrakat megjelenıti akepernyon vagy kiırja egy pdf fajlba.

140

Az analızis program lepesei:

1. Analızis parametereinek beolvasasa

2. Futtatas parametereinek beolvasasa

3. Meresi strukturak deklaralasa (meresi pont, lyuk, kornyezet)

4. Analızis inicializalasa

5. Minden esemenyre

Ha csak egy uj ADC adat :

(a) Adatok beolvasasa

(b) Hisztogrammok toltese

Ha uj meresi pont kezdodik :

(a) Eddigi meresi pont lezarasa

(b) Meresi pont analızise (fotonhozam, erosıtes,..)

(c) Uj meresi pont letrehozasa

6. Meresi pontok osztalyozasa (valodi meres, ujrameres)

7. Terkepek keszıtese

8. Lyukak megkeresese [opcionalis]

(a) Sotet koszub beallıtasa

(b) Sotet pontok klaszteresıtese

(c) Klasztermeret vagas a sotet tartomanyokra

(d) Lyukak helyenek meghatarozasa

(e) Lyukszintu ertekek szamıtasa

9. Ujrameresi pontok feldolgozasa

10. Alapabra-szktiptek keszıtese

11. Kiıratas fajlba

12. Kiıratas kepernyore

13. Alapabrak megjelenıtese

141

13.3. Fokusz beallıtasa

A precızios vizsgalat sarkalatos pontja az UV forras megfeleleofokuszalasa. Bar a parameterek elvileg ismertek (fokusztavolsag, a kamrailletve az allvany meretei) a pontos beallıtast meressel kell finomhangolni.

Valamint lenyeges kerdes, hogy az adott kis lukon at az idealis fokuszbeallıtasaval mekkora foltmeret erheto el. Ennek vizsgalatara egy kis lapkaraegy 25 µm es egy 100 µm vastag szalat rogzıtettunk, s ezt a kamra tetejerehelyeztuk. A fokuszt a szalakra allıtva kimerheto a szalak ”arnyeka” a mertfotonhozam terkepen. Ilyen tavolsagbol a TGEM strukturaja mar joresztelmosodik, am a szalak nelkul megismetelt meres szolgal a legpontosabbnullpontkent.

A 94. abran lathato a szalakra meroleges vonal menten kulonbozofokusztavolsagokban mert fotonhozam. Jol kiveheto a vastag es a vekonyszal helye, illetve hogy Z = 0 korul legelesebb az arnyek.

18 18.5 19 19.5

X [mm]

-2

-1

0

1

2

3

Z [m

m]

0

50

100

150

200

250

300

350

400

94. abra. Fotonhozam kulonbozo fokusztavolsagoknal (Z tengely) a TGEMfeluletetol messze, a kamra fole helyezett probaszalak kornyekere fokuszalva.Lathato, hogy Z = 0 korul legelesebb a kep.

Az arnyekok felertekszelesseget merve meghatarozhato a legpontosabbfokusz. A 95. abran lathato a legelesebb (Z = 0mm) beallıtasnal mertfotonhozam szalakkal illetve szalak nelkul. A vekony szal kornyeken nagyobbstatisztikaval is megismeteltuk a merest, hogy a felertekszelesseg meresepontosabb lehessen.

142

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

18.5 19 19.5

Det

ektá

lt fo

toel

ektr

onok

szá

ma

X [mm]

100 µm-es szál25 µm-es szál

25 µm-es szál

Szálak nélkülSzálakkal

Gauss illesztés

95. abra. Fotonhozam a szalakra meroleges vonal menten Z = 0mmfokuszban, a szalakkal, illetve szalak nelkul. A vekony szal eseten nagyobbstatisztikaval is megismeteltuk a merest a pontossag kedveert.

A kulonbozo fokusztavolsagoknal mert arnyekokkal megtalalhato alegidealisabb beallıtas, az arnyekok meretet mutatja a 96. abra. Megfontosabb a legjobb fokusz eseten a felbontas meghatarozasa, ami a fentiekbol≈ 70 µm FWHM.

Valos TGEM feluleti meres eseten a fokusztavolsag korulbeloli beallıtasata kamrat rogzıto asztallal ugyan elvegezhetjuk, am a szaz mikrometerespontossaghoz itt is kozvetlen meresre van szukseg. Mivel a TGEM-enlevo lukak sotet teruletetkkent jelennek meg, ıgy egy ketdimenzios merestkovetoen lathatjuk a lukak helyet. Egy luksoron at vegezve egydimenziosmereseket kulonbozo fokusztavolsagoknal a legjobb fokuszut a legelesebblyukhatar hatarozza meg. A 97. abran egy luksoron at (Y tengely) futtatottmeresessorozatot latunk, kulonbozo magassagokban (Z tengely) 5 mm-en at.Jol latszik a struktura elmosodasa mindket iranyban.

143

0

50

100

150

200

250

-2 -1 0 1 2 3

Szá

l árn

yéká

nak

féls

zéle

ssés

e [µ

m]

Z [mm]

100 µm-es szál

25 µm-es szál

96. abra. A vastag szal arnyekara illesztett Gauss eloszlas felertekszelessege,a kolunbozo fokuszbeallıtasok eseten. (A 94. abran lathato X =19.2mm koruli arnyek szelessege). Valamint a vekony szal arnyekanakfelertekszelessege a legjobb fokusz eseten.

15 16 17 18

Y [mm]

5

6

7

8

9

10

Z [m

m]

0

50

100

150

200

250

300

97. abra. Egy vonal menti fotonhozam a kulonbozo fokusztavolsagokkal aTGEM-re fokuszalva. A legelesebb struktura jeloli ki a legjobb fokuszt. Arajzolat enyhe doleset az UV LED par fokos ferdesege okozta; ez nem jelentproblemat a meresek soran.

144

13.4. Stabilitas

Mivel egy meres tobb orat, akar egy-ket napot is igenybe vehet, fontos arendszer stabilitasanak vizsgalata. Ezt oly modon realizaltuk, hogy egy eloredefinialt pontsorozatot idonkent ujra es ujra megmertunk. A ketdimenziosteruleten kıgyovonalban halado pasztazas minden masodik fordulojabantortent ujrameres.

Az azonos helyen mert fotonhozam es erosıtesertekeknek termeszetsenazonosnak kellene lenniuk (hibahataron belul). Az UV LED hosszu tavuintenzitasvaltozasa, valamint a homerseklet es a nyomas valtozasa azonbanmodosıtjak az emlıtett ertekeket. A 98. abran lathato az ujrameresi zonabanmert fotonhozam es erosıtes idobeli valtozasa. A tapasztalt elteresek tızszazalekos hibahataron belul esnek, ıgy megfeleloen stabilnak mondhatoak.

0

100

200

300

0 5 10 0

200

400

600

800

Det

ektá

lt fo

toel

ektr

onok

szá

ma

Erő

síté

s [a

dc]

Eltelt idő [óra]

Erősítés

NDPE

98. abra. A fotonhozam es az erosıtes idobeli valtozasa tureshataron beluli.

A pozıcionalas esetleges pontatlansagat a mozgatorendszer hibas lepesi,illeve a LED vagy a kamra is elmozdulasa is eloidezheti. A fokuszalt foltTGEM-hez kepesti pozıciojanak meresehez egy megfelelo markerstrukturatkell talalni a vizsgalt teruleten, ami a TGEM eseten lehet egy lyuk. Azujrameresi pontsorozatunk egy lyuk falan at haladt X , majd Y iranyban.A lyuk falanal megjeleno hirtelen fotonhozamvaltozas segıtsegevel mindketiranybeli pozıcio merhetove valik.

A 99. abra mutatja egy lyukon atmeno Y iranyu ujrameresi pontokfotonhozamat ido fuggvenyeben; lathato, hogy a lyuk pereme nem tolodikel jelentosen. A 100. abran egy tobb napos meres soran a fenti modszerrelmeghatarozott lyukpozıcio valtozasa lathato mindket iranyban. A felsobecsles szerint is 20 µm-en beluli elteres kisebb, mint a hasznalt foltmeret,ıgy ez is stabilnak tekintheto.

145

0 5 10

Eltelt idő [óra]

15.7

15.8

15.9Y

[mm

]

0

20

40

60

80

100

120

99. abra. Egy par pontbol allo vonal menten mert fotonhozam a regularis(kb. 45 percenkenti) ujrameres soran egy lyuk mellett.

Termeszetesen a stabilitasmereseket nem csak a fenti peldakban, hanemminden egyes meres alkalmaval el kell vegezni. Jelentos elteresek esetenmegfeleloen korrigalni kell az ertekeket, vagy megismetelni a merest.

-40

-20

0

20

40

0 12 24 36 48 60

Luk

pozí

ciój

a X

és

Y k

oord

inát

ákba

n [µ

m]

Eltelt idő [h]

100. abra. A TGEM lyuk melletti regularis ujrameresekbol szamoltlyukpozıcio X es Y iranyban csupan partız mikrometerrel valtozott tobb,mint ket nap alatt.

146

13.5. Fotonhozam- es erosıtes terkep

A fentebb ismertetett stabilitasi es foltmeret parameterek ismeretebenvalodi fotonhozam es erosıtes mereseket lehet vegezni. A meresek soranhasznalt lepeskoz altalaban 25 µm volt, egyes gyorsabb pasztazasokhoz50-100 µm-t hasznaltunk.

7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0

X [mm]

15.0

15.5

16.0

16.5

17.0

17.5

18.0

18.5

Y [m

m]

0

50

100

150

200

101. abra. Detektalt fotonhozam terkep egy TGEM-en, a mert fotonszamota szınskala mutatja. A lyukak sotet foltokkent jelennek meg. (Errol amintazatrol kapra a projekt a Leopard nevet.)

Egy, a CERN-ben 2009-ben gyartott 10x10 cm2-es TGEM egy kisteruleten mert fotonhozamrol keszult terkepet a 101. abra mutatja.(Az ilyen ”foltos” mintazatnak koszonhetoen kapra a projekt a Leopardelnevezes.) Kivaloan latszanak a sotet korlapokkent megjeleno lyukak, a

147

vart hatszogracsban. A lyukak koruli aktıv felulet azonban nem egyeneletes,a peremeken lenyegesen nagyobb hozam latszik, mint lyukaktol tavolabb.

Fontos meg megjegyezni, hogy a meres tanusaga szerint a szimmetriapontokban (sot a szimmetria vonalak menten egyarant) nem erzekeny arendszer, innen ugyanis a kiutott elektron a katod fele indul. Ez az elso olyanvalodi meres, ahol ez a varakozas igazolva lett. Az alkalmazott katodterhatassal van erre a strukturareszre, ennek reszletesebb vizsgalatat a 13.6.fejezet tartalmazza.

Figyeljuk meg, hogy a lyukak koruli vilagos gyuru nem egyenletes,valamint az egyes gyuruk hozama is jelentosen elter (akar kettes faktorerejeig).

7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0

X [mm]

15.0

15.5

16.0

16.5

17.0

17.5

18.0

18.5

Y [m

m]

200

400

600

800

1000

1200

1023

976

721

915

948

513

1062

674

995

642

593

796

591

827

683

102. abra. Erosıtes terkep a TGEM-en, a 101. abraval azonos intervallumon.A lyukakban talalhato szamok a lyukerosıtest mutatjak adc egyszegekben.

148

A meresi modszernek koszonhetoen, hogy egyedi fotoelektronokatdetektalunk, szetvalaszthato a fotonhozam es az erosıtes. Minden egyesmeresi ponthoz meghataroztam az ottani erosıtest (lasd (??) egyenletek),ennek vizualis terkepe lathato a 102. abran.

Kivaloan lathato, hogy az erosıtes az egy lyukhoz tartozo, hatszogalaku kornyezetben kozel konstans. Tehat az elektron a konverzios helytol(illetve ezaltal a lyukba valo belepesi ponttol) fuggetlenul egy adott lukbanazonos. Igy termeszetes modon definialhatova valik a lyukerosıtes, melyet a102. abran a lyukakba ırt szamokkal tuntettem fel (egy ADC-vel korrelalotetszoleges skalan).

A lyukerosıtes jelentosen kulonbozik (akar kettes faktorig) az egyeslyukaknal, es nem mutat nagylepteku lassan valtozo strukturat. Alyukerosıtesekben levo oriasi fluktuaciok oka valoszınu a gyartasban, illetvea gyartastechnologiaban keresendo.

Az uvegszalas epoxi alapu TGEM konstrukciojanal a furas az egyiklegkenyesebb lepes. A lyukak hordozo anyagon beluli elhelyezkedeseveletlenszeru, s valoszınu a lyuk falanal levo kilogo uvegszalak, illetveuvegszalsuruseg valtoztatta permittivitas erosen befolyasolhatja a lyukbankialakulo tererosseget [?].

149

13.6. Feszultsegparameterek hatasa

Az elozo fejezetben bemutatott struktura termeszetesen fugg azalkalmazott feszultseg illeve terertekektol, valamint a hasznalt toltogaztol.A detektalashoz szukseges teljes erosıtes a TGEM es a szalak effektıverosıtesenek szorzata, melyet a hasznalt eletronika jelentosen behatarol.Mivel az altalunk vizsgalt mintazat elsosorban a TGEM korul kialakulo tertolfugg, ıgy a TGEM erosıtesenek valtoztatasaval egyutt a szalak erosıteset isvaltoztatni kellett.

Ket kulonbozo TGEM-erosıtes esten kialakulo fotonhozam- es erosıtesterkepet mutat a 103. abra, a ket esetben a teljes effektıv erosıtes kozelazonos volt. A fotonterkepen jol latszik, hogy a leopardszeru strukturamegmaradt, s a lyukakhoz tartozo hozamok aranya is hibahataron belulegyezik; es az egyedi lyukakhoz tartozo teruletrol begyujtott fotonjelekenmert erosıtes is valtozatlanul konstansnak mondhato.

Gyakorlati alkalmazasokhoz (lasd pl.: 12. fejezet) igen fontosmegjegyeznunk, hogy a teljes fotonhozam az erosıtes novelesenek hatasaranem nott jelentosen (≈ + 5− 10%).

Azonban vegyuk eszre, hogy a lyukak erosıtesenek fejlodese eltero. A103. abran a bal oldali kozepso lyuknak a tobbihez mert erosıtese eztjol demonstralja. Ebbol arra kovetkeztethetunk, hogy a lyukaknak nemcsupan sajat begyujtesi terulete es egyedi erosıtese van, de az erosıtesfeszultsegfuggese is eltero lehet a kulonbozo lyukaknal. Ez valoszınusıthetoena lyukerosıtesek fluktuaciojanal megjelolt (13.5. fejezet) forrasokra vezethetovissza.

316

455

360

458

392

448

332

362

389

453

394

465

103. abra. Fotonhozam- es erosıtes terkep kulonbozo TGEM erosıtesekeseten, bal oldalon GTGEM ≈ 6, jobb oldalon GTGEM ≈ 35.

Mint a 12.4. fejezetben is bemutattam, a TCPD kamra egyik jelentoselonye a klasszikus sokszalas megoldassal szemben, hogy az athalado toltott

150

reszecske jele erosen elnyomhato. Az eddigi eredmenyek mind az ehhezalkalmazando kis fordıtott katodter alkalmazasaval, mint alapertelmezettbeallıtassal, lettek merve.

Azonban tudjuk, hogy az alkalmazott katodter eros befolyassal van aTGEM felso feluleten kialakulo elektromos terre, s ıgy a fotonkivonasravalamint az erosıto lyukig valo eljutasanak valoszınusegere (mint a 12.4.fejezetben is mutattam). Korabban is lathattuk (101. abra es 13.5. fejezet),hogy a szimmetriapontokbol a kiutott elektron szimmetriaokokbol nem tudeljutni a lyukakhoz.

Eros fordıtott katodter eseten azt varjuk, hogy a szimmetriapontokkoruli ineffektıv felulet megnovekszik, ugyanis tobb erovonal megy akatodra a TGEM lyukjai helyett. Valamint eros normal katodter esetenugyanezen szimmetriapontok korul a tererovonalak a kiutott elektronokatvisszataszıtjak a feluletbe, melyeket ıgy nem tudunk detektalni. Azoptimumot (fotonkihozatal szempontjabol) a ket extremum kozott kelltalaljuk, s integralis mersekbol (12.4. fejezet) ezt meg is talalhatjuk a kozelzerus ter eseten. A jelenseg melyebb megertesehez, az ineffektıv teruletekcsokkentesehez, valamint a szimulacios programok finomhangolasahozazonban jo lenne pontosabban ismerni a fenti effektus mikroszkopikusrealizalodasat.

+670 V/cm +130 V/cm 0 V/cm -130 V/cm -670 V/cm

104. abra. Fotonhozam terkep kulonbozo katodterek alakalmazasa eseten.A szınskala azonos mind az ot abra eseten. A teljes hozam valtozasan tulmegfigyelheto a katodter szimmetriapontokre es -vonalakra gyakorolt hatasa.

151

Precızios pasztazassal megvizsgaltuk a leopard struktura alakulasatkulonbozo katodterek eseten. Normal es fordıott illetve gyenge es eros,valamint zerus terek eseten rogzıtett fotonterkepet mutat a 104. abra.Az abran sarga vonallal megjelolt szakaszon, ket lyuk kozott, nagyobbstatisztikaval es tobbfele katodbeallıtassal is vegeztem mereseket, ezeket a105. abra mutatja.

0.2

0.4

0.6

X [mm]

+1300 V/cm

Fot

oele

ktro

n ho

zam

0.2

0.4

0.6

X [mm]

+670 V/cm

0.2

0.4

0.6

X [mm]

+130 V/cm

0.2

0.4

0.6

X [mm]

0 V/cm

0.2

0.4

0.6

X [mm]

-130 V/cm

0.2

0.4

0.6

X [mm]

-670 V/cm

0.2

0.4

0.6

X [mm]

-1300 V/cm

105. abra. Normalt fotonhozam a 104.abran megjelolt ket lyuk kozottiszakaszon kulobozo katodterek eseten.

A fenti (104. es 105.) abrakon kivaloan megfigyelhetjuk a TGEMfeletti ter hatasat a fotoeffektıv retegbol kilepo elektronok begyujtesere.Lathatjuk, a korabbi meresekkel osszhangban, zerus ter eseten lesz maximalisa fotonszam. A naıv elgondolasoknak megfeleloen az erosebb fordıtottterek eseten a szimmetria pontok koruli ineffektıv ter megno; sot, aszimmetriavonalak is egyre erosodnek. Mintha nagy ter eseten kvazi csaka lyuk peremerol tudnank begyujteni az elektronokat.Eros normal ter eseten a struktura kisse atalakul, nem csak aszimmetriapontokban, hanem a lyuk koruli teruleteken is csokken a hozam.Utobbinak lehetseges magyarazata, hogy a nagy ter miatt a TGEM sajaterovonalai a lyuk szelere szorulnak, ahol az egyetlen elektron konnyen afalnak utkozve elveszhet szamunkra.

152

13.7. Kitekintes

A precızios pasztazas egy kivaloan mukodo uj modszer, mellyel azezidaig csak szamolt es szimulalt effektusokat mikroszkopius szinten is tudjukvizsgalni. Mind a fotondetektalas fejlesztesenel, mind gyartastechnologiabanjelentos elorelepest jelenthet a jovoben.

Mivel a meresekhez rengeteg pontban kell tobbezer esemenyt rogzıteni,ıgy a nagyobb feluletu, jobb statisztikaju illetve tobbfele konfiguraciotvizsgalo meresek igen lassuak. Jelenleg a REGARD csoport az RD51Kollaboracio tamogatasaval egy extra gyors es megbızhato merorendszerendolgozik. A jelenlegi ADC-s fejlesztesekkel a 10kHz-es sebesseget marsikerult demonstralni, az adatkommunikacios resz frissıtesevel ezen megjelentosen tervezunk fejleszteni.

A Leopard project segıtsegevel a fotonhozam optimalizalas uj modszeretnyitottuk meg, s jelenleg a kulonbozo lyukkonfiguracioval rendelkezoTGEM-ek relatıv vizsgalatat vegezzuk.

A sokszalas kamrakat mar jol kezelo szimulacios kornyezetek (pl.:GARFIELD++) mikrosztrukturas detektorokon valo alkalmazasa jelenlegis aktıvan vizsgalt terulet. A specialis strukturak, anyagok es terekkezelesehez a szoftvercsomagokat frissıteni, fejleszteni es meresekkel validalnikell. A precızios pasztazas egy uj, az eddigieknel lenyegesen reszletesebbinformaciocsaladdal tudja segıteni ezt a munkat.

A Leopard projektnek az RD51-en beul azota tagja lett az INFN Triestees INFN Bari csoport, akikkel egyuttdolgozva alakıjuk majd ki a Leopardrendszer standardizalt formait, s dolgzunk kozosen a szerteagazo erdekesmereseken es a szimulaciok finomıtasan. A VHMPID Kollaboracion tul, atrieszti csoporton keresztul a COMPASS kıserlet is erdeklodeset fejezte ki aprojekt s eredmenyei irant.

153

14. Osszegzes

A reszecskefizikai kutatasok sarkalatos pontja az eros szınes kolcsonhatasmelyebb megismerese. A normal kozulmenyek kozott hadoronokba zarodottkvarkok es gluonok alkotta uj fazis, a kvark-gluon plazma kıserletilegeloallıthato foldi laboratoriumokban is. A nehezionok utkoztetesevel eloalloforro plazma azonban igen rovid ido alatt kitagul es lehul, melynekkovetkezteben az elemi reszecskek ujra hadronokba rendezodnek; ezerta QGP tulajdonsagihoz csakis ezen vegallapotok precız meresevel esertelmezesevel tudunk kozlebb jutni.

Doktori munkam reszekent a kvark-gluon plazma hadronizicojavalfoglalkozva a koaleszcencia modellek csaladjat egeszıtettem ki. Az ujrezonancia kolaleszcencia modell a korabbi hasonlo modellekkel szembenkepes a hadronrezonanciak teljes spektrumat kezelni, mıg megtartja akoaleszcencia modellcsalad elonyeit, mint peldaul a kvarkszam skalazas. Amodell altalanos kivitelezesenek koszonhetoen a barionikus illetve bajos escharmonia allapotok is analog modon ertelmezhetoek benne. Az alapvetoenrezonanciak szamaranyat leıro modell tartalmazza a prehadronok lokalisimpulzuseloszlasat, mely a reszecskespektrum alapjaul szolgalhat a kodtovabbi fejleszesei soran. A modellt es eredmenyeiment konferenciakon esneves lapokban kozoltem ([94], [95], [96], [97],[98]).

Az Nagy Hadronutkozteto nehezionfizikara specializalodott detektora,az ALICE kivalo reszecskeazonosıtassal rendelkezik a kis es kozepesimpulzustartomanyban. Azonban a koaleszceniaval keletkezo hadronokjelentosege a mersekelten nagy es nagy impulzustartomany jelenik meg,illetve a nagy tomegu rezonanciak rekonstrukciojahoz a meg magasabbimpulzustartomanyokat is azonisıtottan kell ismernunk.

A VHMPID+HPTD detektoregyuttes az ALICE uj detektorai lesznek,melyek a nagy impulzusu reszecskek egydi azonosıtasaval uj lehetosegetnyitnak a a plazmabol kilepo jetek, korrelaciok valamint a reszecske esrezonancia produkcios mechanizmusok vizsgalataban.

A VHMPID Kollaboracio tagjakent aktıvan reszt vettem a tervezettdetektor nyalabtesztjeiben, s a meresek analızisevel segıtettem adetektor megismereset, s fejleszteset. Az eredmenyeket a kollaboraciosmegbeszeleseken tul tobb konferencian (a kollaboracio neveben) elo isadhattam ([102], [?]).

Doktori munkam jelentos resze a HPTD detektorhoz kapcsolodik,mely a VHMPID letfonotssagu trigger es nyomkoveto resze, s teljesenmagyar fejlesztesu; az Alice-Budapest es a gaztoltesu detektorok K-F-evelfoglalkozo REGARD csoport dolgozik rajta. Feladatom volt kulonbozo

154

detektortechnologiak osszehatonlıtasa, valamint a tesztkamrak HPTD-szintuhasznalhatosaganak vizsgalata.

Epıtettunk es teszteltunk modern mikrostrukturas vastag GEM alapukamrakat. Megmutattam, hogy sok szempontbol kivaloak, am szikrazasies gyartastechnologiai problemak miatt nem idealis jeloltetek az ALICEkornyezetbe. Az eredmenyket lokalis es nemzetkozi kollaboraciosmegbeszeleseken, konferencian es kiadvanyaban mutattam be ([104], [105]).

Az kozeli katodos kamrak specialisan a HPTD celjaira kifejlesztettaszimmetrikus sokszalas kamrak. A megepıtett prtototıpusok labor,kozmikus es nyalbatesztjeinek analızisevel megmutattam, hogy kivalohatasfokuk, hely es szogfelbontasuk valamint kis klasztermeretuk miattmegfelelnek a HPTD elvarasainak. Valamint a nagy meretu kamrakmegepıtesevel es tesztjeivel demonstraluk a CCC kamrak mechanikaitoleranciajat es idozıtesenek ALICE kompatibilitasat. Az eredmenyeketa kollaboracios megbeszeleseken tul konferenciakon es cikkekben kozoltuk([106], [107]).

Koszonetnyilvanıtas

155

Hivatkozasok

[1] S.T.Butler, C.A.PearsonDeuterons form high-energy proton bombardment of matterPhys.Rev.Let. 7 (1961) 69

[2] P.SeybothRecent results from nucleus-nucleus collisions at the CERN SPSJ.Phys. G 35 (2008) 104008

[3] T.S.Bıro, P.Levai, J.ZimanyiALCOR : a dynamic model for hadronizationKFKI report (1994) 19 APhys.Lett. B 347 (1995) 6

[4] T.S.Bıro, P.Levai, J.ZimanyiStange hadrons from the ALCOR rehadronization model

[5] J. Zimanyi, P. LevaiQuark coalescence into opposite parity baryon statesActa Phys.Hung. A 27 (2006) 469

[6] J.Zimanyi, T.S.Bıro, T.Csorgo, P.LevaiParticle Spectra from the ALCOR ModelHeavy Ion Phys. 4 (1996) 15

[7] P.Levai, T.S.Bıro, T.Csorgo, J.ZimanyiSimple predictions from ALCORc for rehadronization of charmed quarkmatterNew J.Phys. 2 (2000) 32

[8] P.Levai, T.S.Bıro, T.Csorgo, J.ZimanyiQuark liberation and coalescence at CERN SPSPhys.Lett. B 472 (2000) 243

[9] A.BialasQuark model and strange baryon production in heavy ion collisionsPhys.Lett. B 442 (1998) 449

[10] P.Csizmadia, P.LevaiThe MICOR hadronization model with final state interactionsJ.Phys. G 28 (2002) 1997

156

[11] P.CsizmadiaNagy energiasurusegu allapotok kialakulasanak elmeleti vizsgalatanehezion-utkozesekbenELTE (2002) Doktori disszertacio

[12] V.Greco, C.M.Ko, P.LevaiParton coalescence at RHICPhys.Rev. C 68 (2003) 034904

[13] D.MolnarParton coalescence and spacetimeActa Phys.Hung. A 22 (2005) 271

[14] L.I.SchiffQuantum Mechanics, Chapter 34Tosho Printing Co.Ltd., Tokyo

[15] A.BulteOperation of Cerenkov Detectors at the PS East HallCERN PS EA (1998)http://sba.web.cern.ch/sba/Documentations/Eastdocs/docs/Cerenkov.pdf

[16] A.Braem et al.Results from the ageing studies of large CsI photocathodes exposed toionizing radiation in a gaseous RICH detectorNucl.Instrum.Meth. A 553 (2005) 187

[17] http://home.web.cern.ch/abouthttp://public.web.cern.ch/public/

[18] LHC :: Kell ilyen?

[19] ALICE CollaborationThe ALICE experiment at the CERN LHCJournal of Instrumentation 3 (2008) S0802

[20] ALICE Collaboration (K.Aamodt et al.)Charged-particle multiplicity density at mid-rapidity in central Pb–Pbcollisions at

√sNN = 2.76 TeV

Phys.Rev.Lett 105 (2010) 252301

[21] ALICE Collaboration (K.Aamodt et al.)First proton–proton collisions at the LHC as observed with the ALICEdetector: measurement of the charged-particle pseudorapidity density

157

at√s = 900 GeV

Eur.Phys.J. C 65 (2010) 111

[22] J.D.JacksonClassical ElectrodynamicsJohn Wiley & Sons Ltd. 1962

[23] ALICE Technical Design Report of the Transition Radiation DetectorCERN / LHCC 2001 (2001) 021

[24] ALICE Technical Design Report of the Trigger, Data Aquisition,High-level Trigger, and Control SystemCERN / LHCC 2003 (2003) 062

[25] F.SauliPrinciples of operation of multiwire proportional and drift chambersCERN 77 (1977) 09

[26] G.A.ErskineElectrostatic problems in multiwire proportional chambersNucl.Instrum.Meth. 105 (1972) 565

[27] G.Charpak, R.Bouclier, T.Bressani, J.Favier, C.ZupancicThe mse of multiwire proportional counters to select and localize chargedparticlesNucl.Instrum.Meth. 62 (1968) 262

[28] W.W.M.Allison, J.H.CobbRelativistic charged particle identification by energy lossAnn.Rev.Nulc.Part.Sci. 30 (1980) 25398

[29] ALICE TPC Tech.Des.Rep.CERN LHCC 2000 (2000) 001

[30] G.Charpak, G.Fischer, A.Minten, L.Naumann, F.Sauli, G.Flugge,Ch.Gottfried, R.TirlerSome Features of Large Muntiwire Proportional ChambersNucl.Instrum.Meth. 97 (1971) 377

[31] http://www.nobelprize.org/nobel prizes/physics/laureates/1992/

[32] W.Blum, R.Rolandi, W.RieglerParticle Detection with Drift ChambersSpinger-Verlag, Berlin, 2008

158

[33] M. Gazdzicki for the NA61 CollaborationIon Program of Na61/Shine at the CERN SPSJ.Phys.G 36 (2009) 064039

[34] G.KissSokszalas proporcionalis kamrak fejlesztese reszecskefizikaidetektorokhozOTDK / Reszecskefizika (2011)

[35] L.OlahFoldalatti uregek vizsgalata kozmikus reszecskek segıtsegevelOTDK / Reszecskefizika (2011)

[36] http://rd51-public.web.cern.ch/rd51-public/

[37] S.D.Pinto for the RD51 CollaborationMicropattern gas detector technologies and applications the work of theRD51 collaborationIEEE NSS Conf.Rec. (2010) 802

[38] F.SauliGEM: A new concept for electron amplification in gas detectorsNucl.Instrum.Meth. A 386 (1997) 531

[39] A.Sharma3D simulation of charge transfer in a GEM and comparison toexperimentNucl.Instrum.Meth. A 454 (2000) 267

[40] D. Abbaneo et al.An overview of the design, construction and performance of large areatriple-GEM prototypes for future upgrades of the CMS forward muonsystemJ.Instr. 7 (2012) C05008

[41] C.Buttner et al.Progress with the gas electron multiplierNucl.Instrum.Meth. A 409 (1998) 79

[42] V.Peskov, R.Oliveira, F.Pietropaolo, P.PicchiFirst Tests of Thick GEMs with Electrodes Made of a Resistive KaptonNucl.Instrum.Meth. A 576 (2007) 362

159

[43] R.Chechik, A.Breskin, C.Shalem, D.MormannThick GEM-like hole multipliers : properties and possible applicationsNucl.Instrum.Meth. A 535 (2004) 303

[44] A.Breskin et al.A concise review on THGEM detectorsNucl.Instrum.Meth. A 598 (2004) 107

[45] I.Giomataris, P.Rebourgard, J.P.Robert, G.CharpakMICROMEGAS: a high-granularity position-sensitive detector for highparticle-flux environmentsNucl.Instrum.Meth. A 376 (1996) 29

[46] I.Giomataris, R.de Oliveira, et al.Micromegas in a bulkNucl.Instrum.Meth. A 560 (2006) 405

[47] F.J.Iguaz et al.New developments in Micromegas Microbulk detectorsarXiv:1110.2641

[48] F.SauliGas Electron Multiplier (GEM) detectors: principles of operation andapplicationsRD51 Note (2012) 2012-007

[49] A.Breskin et al.Field dependent photoelectron extraction from CsI in different gasesNucl.Instrum.Meth. A 367 (1995) 342

[50] A. Kozlov et al.Development of a triple GEM UV photon detector operated in pureCF(4) for the PHENIX experimentNucl.Instrum.Meth. A 523 (2004) 345

[51] W.Anderson et al.Design, Construction, Operation and Performance of a Hadron BlindDetector for the PHENIX ExperimentNucl.Instrum.Meth. A 646 (2011) 35

[52] P. Abbon et al. (COMPASS)The COMPASS Experiment at CERNNucl.Instrum.Meth. A 577 (2007) 455

160

[53] M.Alexeev et al.Detection of single photons with ThickGEM-based countersJournal of Instrumentation 7 (2012) C02014

[54] RD26 Collaboration (J. Almeida et al.)Review of the development of cesium iodide photocathodes forapplication to large RICH detectorsNucl.Instrum.Met. A 367 (1995) 332

[55] V.Peskov, M.Cortesi, R.Chechik, A.BreskinFurther evaluation of a THGEM UV-photon detector for RICH –comparison with MWPC Journal of Instrumentation 5 (2010) P11004

[56] F.Piuz, J.Schukraft et al.ALICE Technical Design Report of the High Momentum ParticleIdentification DetectorCERN / LHCC 98 (1998) 19

[57] J.C.Sanitard et al.GASPLEX a Low-noise AnalogSignal Processor for Readout of GaseousDetectorsCERN / ECP 94 (1994) 17

[58] J.C.Sanitard, K.MarentThe GASSIPLEX0.7-2 Integrated Fron-end Analog Processor for theHMPID and the DIMUON Spectrometer of ALICECERN / ECP 99 (1999) 9ALICE-PUB (2001) 49

[59] Hoedlmoser et al.Photo-current scanner system for in situ quality assessment of large areaCsI photocathodesNucl.Instrum.Meth. A 566 (2006) 351

[60] G.G.Barnafdi, R.Bellwied, G.Bencze et al.Letter of Intent of a Very High Momentum Particle IdentificationDetector (VHMPID) for ALICECERN ALICE (2013) 1

[61] V.Peskov et al.R&D results on a CsI-coated triple thick GEM-based photodetectorNucl.Instrum.Meth. A 639 (2011) 126

161

[62] S.PochybovaProgress on L0 trigger for VHMPIDVHMPID Meeting, 2010.10.19.

[63] http://www.uverapid.hu/?oldal=uverapid20

[64] L.Boldizsar for the VHMPID CollaborationHPTD: The High-pT Trigger Detector for ALICE VHMPID, feasibilityand Monte Carlo simulationsCERN Proc. 2012-001 Proc. 6th Int.Ws. High pT Phys. At LHC p144

[65] H.MeleghFront-end aramkor fejlesztese a HPTD detektorhoz - Diplomatervezes 1BME MSc Diplomaterv-1 (2012)

[66] B.MonostoriFPGA interfesz fejlesztese HPTD detektorhozBME BSc (2012)

[67] http://root.cern.ch

[68] http://aliweb.cern.ch/Offline/AliRoot/Manual.html

[69] http://wwwinfo.cern.ch/asdoc/pdfdir/geant.pdf

[70] http://geant4.web.cern.ch/geant4/

[71] CERN Summer Student Programhttps://ert.cern.ch/browse www/wd portal.show page?p web site id=1&p text id=12

[72] CERN Development of Electronic Moduleshttp://ts-dep-dem.web.cern.ch/ts-dep-dem/

[73] NIM LeCroy 465 Coincidence Unithttp://www-esd.fnal.gov/esd/catalog/main/lcrynim/465-spec.htm

[74] NIM LeCroy 612A Amplifier Unithttp://www.fnal.gov/projects/ckm/jlab/612a-spec.htm

[75] NIM LeCroy 222 Dual Gate Generatorhttp://www.fnal.gov/projects/ckm/jlab/222-spec.htm

[76] NIM LeCroy 428F FIFOhttp://www-esd.fnal.gov/esd/catalog/main/lcrynim/428f-spec.htm

162

[77] CAMAC - A modular instrumentation system for data handlingJoint Nucl.Res.Centre, Ispra Est.It. (1972)

[78] CAMAC LeCroy 2249A ADChttp://www.fnal.gov/projects/ckm/jlab/2249a-spec.htm

[79] CAMAC Caen C1205 QDChttp://www.caen.it/jsp/Template2/CaenProd.jsp?parent=9&idmod=409

[80] CAMAC Caen C111C Ethernet Camac Controllerhttp://www.caen.it/jsp/Template2/CaenProd.jsp?parent=9&idmod=461

[81] CAMAC LeCroy 2551 Scalerhttp://www.fnal.gov/projects/ckm/jlab/2551-spec.htm

[82] ON Semiconductor MC14001Bhttp://doc.chipfind.ru/pdf/onsemi/mc14001.pdf

[83] ON Semiconductor 4069UBhttp://doc.chipfind.ru/pdf/onsemi/4069ub.pdf

[84] NXP 74HCT165 PISO Shift Registerhttp://www.nxp.com/documents/data sheet/74HC HCT165.pdf

[85] CadSoft’s Eagle PCB Desingn Softwarehttp://www.cadsoftusa.com/eagle-pcb-design-software/

[86] BME ETT NyHLhttp://www.ett.bme.hu/lablist.php?listgroup=1079566059986.3 9a721b0833605b2d618509e8c2984416

[87] CMS CollaborationAlignment of the CMS Muon System with Cosmic-Ray and Beam-HaloMuonsJ.Instr. 5 (2010) T03020

[88] http://www.wxwidgets.org/

[89] A.Sharma, F.SauliA measurement of the first Townsend coefficient in argon based mixturesat high fieldsNucl.Instrum.Meth. A 323 (1992) 280

[90] S.Bachmann et al.Discharge studies and prevention in the gas electron multiplier (GEM)Nucl.Instrum.Meth. A 479 (2002) 294

163

[91] L.W.Alvarez et al.Search for hiddern chambers in the pyradimsScience NS 167 3919 (1970) 832

[92] N.Lesparre, D.Gibert et al.Geophysical muon imaging: feasibility and limitsGeophys.J.Int. 183 (2010) 1348

[93] H.Tanaka, K.Nagamine et al.Development of a two-fold segmented detection system for nearhorizontally cosmic-ray muons to probe the internal structure of avolcanoNucl.Insrt.Meth. A 507 (2003) 657

[94] G.Hamar, L.L.Zhu, P.Csizmadia, P.LevaiStrange hadron yields and ratios in heavy ion collisions at RHIC energyJ.Phys.G G35 (2008) 044067

[95] G.Hamar, L.L.Zhu, P.Csizmadia, P.LevaiThe robustness of quasiparticle coalescence in quark matterEur.Phys.J.ST 155 (2008) 67

[96] G.Hamar, P.LevaiResonance production in a quark coalescence frameworkJ.Phys.G G35 (2008) 104075

[97] G.Hamar, P.LevaiCharmonium resonance production from quark coalescencePoS EPS-HEP2009 (2009) 033

[98] J.Cleymans, G.Hamar, P.Levai, S.WheatonNear-thermal equilibrium with Tsallis distributions in heavy ioncollisionsJ.Phys.G G36 (2009) 064018

[99] G.Hamar, P.LevaiStrange and nonstrange hadron resonance production by quarkcoalescence investigating quark number scalingActa Phys. Pol. B Supp. 5. (2012) 451

[100] A.Di Mauro et al. (VHMPID)The VHMPID RICH upgrade project for ALICE at LHCNucl.Instrum.Meth. A639 (2011) 274

164

[101] A.Agocs et al. (VHMPID)Very high momentum particle identification in ALICE at the LHCNucl.Instrum.Meth. A617 (2010) 424-429

[102] G.Hamar for the VHMPID CollaborationVHMPID : ALICE detector upgrade proposal in the high-pT regionCERN Proc. 2012-001 Proc. 6th Int.Ws. High pT Phys. At LHC p140

[103] L.Boldizsar et al. (VHMPID)High-p(T) trigger detector development for the ALICE experiment atCERNNucl.Phys.Proc.Suppl. 197 (2009) 296-301

[104] G.Hamar, D.VargaVastag-GEM trigger az ALICE kıserlethezMNT Nukleon 2.47 (2009)

[105] G.Hamar, D.VargaThick-GEM Based Trigger Detector developmentIEEE NSS Conf.Rec. (2008) 955

[106] D.Varga, G.Hamar, G.KissAsymmetric multi-wire proportional chamber with reducedrequirements to mechanical precisionNucl.Instrum.Meth. A 648 (2011) 163-167

[107] D.Varga, G.Hamar, G.Bencedi, G.KissClose Cathode Chamber: Low material budget MWPCNucl.Instrum.Meth. A 698 (2013) 11

[108] G.G.Barnafoldi, D.Varga, L.Olah, G.Hamar, H.G.Melegh, G.SuranyiKincskereses kozmikus muonokkalFizikai Szemle 61.12 (2012) p401

[109] G.G.Barnafoldi, D.Varga, L.Olah, G.Hamar, H.G.Melegh, G.SuranyiPortable Cosmic Muon Telescope for Environmental ApplicationsNucl.Instrum.Meth. A 689 (2012) 60

[110] D.Kalman et al.Kozmikus muonok elnyelodese vas es olom abszorbensbenNukleon 5 (2013) 122

[111] L.Olah, G.G.Barnafoldi, G.Hamar, H.G.Melegh, G.Suranyi, D.VargaCCC-based Muon Telescope for Examination of Natural CavesGeosci. Instrum. Method. Data Syst. 1 (2012) 229

165

[112] G.Hamar, D.VargaHigh Resolution Surface Scanning of Thick-GEM for SinglePhoto-Electron DetectionNucl.Instrum.Meth. A (2012) [submitted]

166

A. Rovidıtesek

ALICE - A Large Ion Collider Experiment - Egy nagy ion utkozteto kıserletAz LHC nehezionutkozesekre specializalodott kıserlete. Fo celja akvark-gluon plazma (QGP) vizsgalata. Reszletesen a 5.2. fejezetbenırok rola.

ALCOR - ALgebraic COalescence Rehadronization model - Algebraikoaleszcencias ujrahadronizacio modellA kvark-gluon plazma hadronizaciojat az effektıv konstituenskvarkok koaleszcenciajaval leıro modell.

ATLAS - A Toroidal Lhc ApparatuS - Egy toroid szerkezetu LHC apparatusAz LHC egyik nagy kıserlete, fo celjai a Higgs megtalalasa es uj fizikakeresese.

CAMAC - Computer Automated Measurement And Control -Szamıtogeppel automatizalt mero es vezerlo rendszerKıserleti reszecske- es magfizikaban elterjedt merorendszer.

CERN - European Organization for Nuclear Research - Europai NuklearisKutatasi SzervezetA reszecske es magfizikai kutatasok europai kozpontja, a 20tagallamon tul mas orszagok kutatoi is dolgoznak itt. 1954-esalapıtasa ota a szaktrulet egyik meghatarozo letesıtmenye. 1992-tolMagyarorszag is tagja.

CMS - Compact Muon Solenoid - Kompakt muon szolenoidAz LHC egyik nagy kıserlete, fo celjai a Higgs megtalalasa es uj fizikakeresese.

EA - East Area - Keleti teruletA CERN PS gyorsıtojanak nyugati kıserleti terulete, itt talalhatoaka T7-T11 zonak (a T8-asban a DIRAC kıserlet).

FW - Field Wire - Terformalo szalGaztoltesu sokszalas kamrakban a jobb terkonfiguracio eleresehezgyakran extra szalakat, szalsıkokat helyeznek el.

FWHM - Full Width Half Maximum - Maximum felenel vett teljes szelessegEloszlas szelessegenek jellemzesere hasznalt mennyiseg, az eloszlas

167

maximumanak felenel vett ertekek kulonbsege:

|f−1(max(f(x))/2)1 − f−1(max(f(x))/2)2|

G - Gain - ErosıtesGaztoltesu kamrakban az egy elekton keltette lavina atlagos merete.

GARFIELD -Gaztoltesu kamrak reszletes szimulacios programja. Azelektromagneses ter, az elektrodak es a gazban lezajlo folyamatokMonte Carlo jellegu szimulacioja az egyedi tolteshordozok es akeletkezo jelek vizsgalatahoz.

GARFIELD++ -A GARFIELD program C++ alapu uj valtozata.

GEM - Gas Electron Multiplier - Gaz elektron sokszorozoLyukakkal surun teletuzdelt mindketoldalon rezborıtasu kaptonfolia.Fabio Sauli nevehez fufodik, a mikrostrukturas gaztoltesudetektorcsalad egyik legkorabbi es azota is kedvelt tagja.

HBD - Hadron Blind Detector - Hadronokra vak detektorA PHENIX kıserlet GEM alapu Cserenkov detektora.

HPTD - High PT Trigger Detector - Nagy transzverz impulzusu triggerdetektorA tervezett VHMPID aldetektora, eredeti feladata nagy impulzusuL1 trigger szolgaltatasa olom utkozesekben. Azota kiegeszult protonutkozesekben vart kozepes impulzusvagasu L0 triggerrel, valamint aMIP erzekelessel.

IBF - Ion backflow - Ion visszaaramlasGaztoltesu detektorokban keletkezo lavinaban megjeleno ionoknak akulonbozo elektrodakhoz sodradasi aranya a teljes ionmennyiseghezkepest.

LED - Light Emitting Diode - Feny kibocsato diodaElektronikaban hasznalt felvezeto egyseg, feszultseg hatasara fenytbocsat ki.

168

LHC - Large Hadron Collider - Nagy hadron utkoztetoA CERN, s a vilag jelenleg letezo legnagyobb energiasgyorsıtogyuruje. Proton es olomionok gyorsıtasara es utkoztetesetvegzi. Negy nagyobb es harom kisebb kıserlet foglal helyet rajta:ATLAS, CMS, ALICE, LHCb, Modeal, Totem, LHCf.

LHCb - LHC Beauty - Bajos LHCAz LHC egyik nagy kıserlete, celja a standard modell parametereinekprecızios merese, s uj fizika lehetosegenek feltarasa. Kivaloanvizsgalja a kulonos (c) es bajos (b) kvarkokat tartalmazo hadronokbomlasait.

MICOR - MIcroscopis COalescence Rehadronisation - Mikroszkopikuskoaleszcencias rehadronizacioA kvark gluon plazma hadronizaciojat klasszikuskvantummechanikai es statisztikai alapon leıro koaleszcenciamodell.

MIP - Minimum Ionizing Particle - Minimalisan ionizalo reszecskeA kozegen athalado toltott reszecske ionizacioval valoenergialeadasat a Bethe-Block gorbe ırja le. Ennek minimumatnevezik MIP-nek, mely a minimalis ionizaciot jelenti. Adetektorfizikaban altalaban ehhez a MIP-hez, mint legrosszabbesethez, viszonyıtjak a mennyisegeket (pl hatasfok).

MM - MicromegashMikrostrukturas gaztoltesu detektor, a parkettasık felett kifeszıtettfemhalon nagyfeszultseget alkalmazva az alatta megjeleno tererossegelegseges elektronlavinak kialakıtasahoz.

MWPC - MultiWire Proportional Chamber - Szokalas proporcionalis kamraGaztoltesu, ketdimenzioban erzekeny detektor ionizalu sugarzasra.Georges Charpak Nobel dıjas talalmanya.

MPGD - MicroPattern Gaseous Detector - mikrostrukturas gazdetektorModern gaztoltesu detektorcsalad, ahol a sokszalas kamrakkalszemben a modern techologia nyujtotta millimeternel finomabbstrukturak adjak a gazerosıtes magjat.

PS - Proton Syncrotron - Proton szinkrotronA CERN egyik gyorsıtogyuruje, az SPS elogyorsıtoja, illetvekulonbozo tesztnyalabokat kiszolgalo rendszer. Ide tartozik az Keleti

169

Meroterulet (EA), ahol az ALICE tesztmeresekenek helyet adoT10-es zona is tartozik.

RD51 - Research and Development 51 - 51-es szamu kutatas-fejlesztesA mikrostrukturas gaztoltesu detektorokok kutatasara esfejlesztesere alakult CERN kozpontu nemzetkozi kollaboracio [?].Jelenleg kozel 30 orszag, tobb, mint 70 kutatointezete es egyetemetagja mar, a WIGNER FK es a ELTE a REGARD csoportreven az alapıtotagok koze tartozik. Az egyuttmukodes fo celjaa mikrostrukturas detektorokkal foglalkozo kutatocsoportok kozosinfrastruktura (tesztnyalabok, szimulacios programok, gyartas) esinformaciocsere tamogatasa.

RHIC - Relativistic Heavy Ion Collider - Relativisztikus nehezion utkoztetoA Brookhaven National Laboratory teruleten mukodo hadrongyorsıto es utkozteto. Csucsenergiaja 200 AGeV aranymagokra.

SPS - Super Proton Syncrotron - Szuper proton szinkrotronA CERN egyik gyorsıtogyuruje, az LHC elogyorsıtoja, illetvekulonbozo fixceltargyas kıserleteket kiszolgalo rendszer. Elso,masodlaog es harmadlagos nyalabot is tud adni, nagy intenzitasu,jol fokuszalhato tesztzonai vannak. Itt foglal helyet peldaul azNA61/SHINE kıserlet is.

SW - Sense Wire - Erzekeny szalGaztoltesu sokszalas kamrakban a vekony anodszalakat erzekenyszalaknak nevezik, a keletkezo elektronlavina ezen szalakon vegzodik.

T10 -A CERN PS gyorsıtojanak keleti kıserleti teruleten (EA) talalhatoegyik merohely, mely jelenleg ALICE tesztzonakent uzemel.

TCPD - ThickGEM and CCC Photon Detector - TGEM + CCC fotondetektorSokszalas es mikrostrukturas technologiat egyarant hasznalogaztoltesu detektor, specialisan kialakıtva fotonok detektalasara.A vastag-GEM segıtsegevel a klasszikus MWPC-s fotondetektorokalapproblemai kikuszobolhetoek, am kisebb effektıv felulettelrendelhezik a mikrostruktura miatt. A REGARD csoport nevehezfuzodik (s a dolgozatban egy egesz fejezetet szenteltem neki).

170

UV - Ultra Violet - Ibolyan tuliKis hullamhosszu feny.

VHMPID - Very High Momentum Particle Identification Detector - Nagyonnagy impulzusu reszecske azonosıto detektorAz ALICE kısetlet egy tervezett gaztoltesu Cserenkov detektora,mely az 5-25 Gev/c tartomanyban vegezne reszecskeazonosıtast.

171