Das OPAL Experiement Hochenergiephysik am LEP Physik bei

Das OPAL Experiement Hochenergiephysik am LEP

Physik bei LEP

Zusammenfassung LEP • • Betrieben zw. 1989 und 2000 Bis 1995 LEP 1 mit Ge. V Bis 2000 LEP 2 mit Ge. V Integrierte Luminosität bis 140 Umfang 26. 67 km (+-1 cm) Inklination der Ringebene ca. 1. 4° Tunnel bis zu 150 m unter der Erde 1, 4 M m^3 Erdreich ausgehoben

Aufbau 1. Magnetsystem • 3280 Dipol Magnete (ca. 0. 1 T) zur Beam-Krümmung • 800 Quadrupole zur Fokussierung • Sextupole zur energieabhängigen Fokussierung (Chromatizität) • Anordnung in sog. Standard Zellen, jeweils 31 pro Bogen (8) • Supraleitende Quadrupole vor Experimenten zur Erhöhung der Luminosität Beam ca. 10 mm x 250 mm (v/h) im Detektor

2. Beschleunigung • RF Beschleunigung in 128 Cavities, welche von 16 Klystrons betrieben werden • Jede an spherische „low-loss“ Speicherkavität gekoppelt • Operationsfrequ. 352. 21 MHz, Spannung bis 400 MV pro Runde

3. Vakuum • Statischer Druck etwa Torr, mit Beam ca. wg. Synchrotron Strahlung • Umfang aufgeteilt in Sektoren a 474 m • Ultrahochvakuum durch „non-evaporable getter (NEG) strips“ bildet stabile Verbindungen mit Gasmolekülen • Strips 3 cm breit, 22 km lang • Verliert Pumpqualität Aufheizen (400°) 4. Beam Elektronen, Positronen á 4 Bunches 45 k. Hz = 22. 4 ms Luminositätslänge ca. 1 mm; Tote Region wg. beampipe d = 10 mm

Physik des LEP 1 Mögliche Ereignisse bei Elektron-Positron Streuung: - Elastische Streuung (Bhabha) - Annihilation des Paares in zwei oder drei reelle Photonen - Annihilation in virtuelles g od. hadronen

Physik des LEP 2 • Durch höhere Energie folgt W-Paar Erzeugung • W zerfallen hadronisch oder (semi-)leptonisch

Weitere 4 f Prozeße semileptonisch

Wdh. elktroschwache WW Eichbosonen des schwachen Isospins: Z und g sind Mischzustände: (Triplett), (Singulett) Daraus ergibt sich z. B. Kopplungsstärke Weinbergwinkel über Relation Bei neutralem Strom hat jedes Fermion Vektorkopplung und Axialkopplung

Detektoren • ALEPH (Apparatus for LEp PHysics ) - relativ neue Technologie (1980) - Granularität wichtiger als Energieauflösung • DELPHI (DEtector with Lepton Photon and Hadron Identification) - neueste Technologie - größter SC Solenoid weltweit • OPAL (Omni Purpose Apparatus for LEP) - bewährte Technik • L 3 (LEP letter 3) - Augenmerk auf Leptonen und Photonen - Hochauflösendes Kalorimeter (10700 BGO Kristalle)

OPAL

Central tracking system Z-Chambers Silicon Microvertex Detector Vertex Detektor Jet-Chamber Eingeschloßen von Druckkammer (4 bar) und Solenoid

Silicon Microvertex Detector Nachträglich eingebaut Juni 1991 Motivation: -Messung von Teilchen mit kleinen Zerfallslängen < 1 cm (b-Hadronen, t Lepton, unbekannte T. ) -Erhöhung der räumlichen Auflösung Messung in zf-Ebene m. VTX 2 (double sided) Silikon-Streifen in zwei konzentrischen Ringen um beam pipe (ladders)

Ladder - In jedem Ladder sind z und f Detektor übereinander (double layer) -Auflösung: z ca. 20 mm f ca. 5 mm -Strahlungslänge insgesamt ca. 1. 5%

Vertex Detector 470 mm 36 Zellen Auflösung s(rf)=50 mmsekundär Vertices, Einzelpartikel im Jet Zeitmessung zwischen Preamplifiern liefert grobe z-Messung u. a. für Trigger

Driftfeld 2. 5 k. V/cm Anodenfeld 360 k. V/cm

Jet Kammer L = 4 m, d = 0, 5 -3. 7 m, 24 ident. Sektoren mit 159 Meßdrähten = 3816 Gasgemisch: 88. 2% Ar, 9. 8% Methan, 2% Isobutan + ca 500 ppm Wasser (bei 4 bar) Driftdistanzen zw. 3 cm (innen) und 25 cm (außen) Über 98% von 4 p mind. 8 Meßpunkte, jeder Meßpunkt liefert (r , f, z) Auflösung ca. 110 mm (z ca. 6 cm)

Z-chamber und Magnet 24 Stück 4 m x 0. 5 m x 5 cm, bilden Zylinder mit d = 3. 85 m Auflösung ca. 120 mm Magnet: Wassergekühlter Solenoid, Hcal als Rückführung B = 0. 435 T

TOF - Als Barrel und Endcap (´ 96) Ausführung - Hauptaufgabe: Kosmische Teilchen zurückweisen, Triggersignal liefern - TB Radius = 2. 36 m, L = 6. 84 m, unterteilt in 160 trapezförmige Szintizähler - Zeitauflösung: TB = 300 ps, TE = 3 ns - Lichtausbeute 14 photoelectrons/mips EM Presampler vor EM-cal (barrel und endcap), weil schon 2 x 0 durchfolgen wurden. 6, 84 m lang, r = 2. 388 m, 16 Sektoren in zwei Streamer Drift Kammern unterteilt

Elektromagn. Kalorimeter Barrel Sektion: 9440 Bleiglasblöcke in pipe Richtung Größe: ca. 10 x 10 cm², 37 cm tief = 24. 6 Energieauflösung: x 0, relativist. Teilchen erzeugen Cherenkov g Endcaps: 1132 Blöcke, etwas kleiner als Barreltyp, Auflösung ca. 1% [3 -50 Ge. V]

Hadronisches Kal. -Sampling Kalo, 4382 Kammern -8 Lagen Eisen Absorber á 100 mm -9 Lagen „Streamer Tubes“ als aktive Elemente -Tubes 75% I-butan, 25% Ar, Streamerkammer

Myon Kammer 110 Kammern: 1. 2 m x 10. 4 m Decken 1200 m² ab Driftfeld 4 k. V Gas: Ar 90%, Et 10% Driftgeschw. 38 mm/ms Auflösung: 2 mm in Driftrichtung 1. 5 mm in z Richtung

Trigger Zwei unterschiedliche Signaltypen: - Räumliches 4 p binning in 6 q * 24 f = 144 bins (überlappend); alle subdetektoren liefern Daten für bins - Trackzahl und/oder Energie Limit (threshold) von jedem Detektor kann Trigger auslösen

Events

Events Good W+W- candidate (a four jet event) recorded by OPAL at 161 Ge. V energy The red and yellow jets form a mass of 78 Ge. V, and the blue and green jets form a mass of 77 Ge. V.

Nochmal WW