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Das OPAL Experiement. Hochenergiephysik am LEP. Physik bei LEP. Zusammenfassung LEP. Betrieben zw. 1989 und 2000 Bis 1995 LEP 1 mit GeV Bis 2000 LEP 2 mit GeV Integrierte Luminosität bis 140 Umfang 26.67 km (+-1cm) Inklination der Ringebene ca. 1.4°

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das opal experiement

Das OPAL Experiement

Hochenergiephysik am LEP

zusammenfassung lep
Zusammenfassung LEP
  • Betrieben zw. 1989 und 2000
  • Bis 1995 LEP 1 mit GeV
  • Bis 2000 LEP 2 mit GeV
  • Integrierte Luminosität bis 140
  • Umfang 26.67 km (+-1cm)
  • Inklination der Ringebene ca. 1.4°
  • Tunnel bis zu 150m unter der Erde
  • 1,4M m^3 Erdreich ausgehoben
aufbau
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
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
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 Gas-molekülen
  • Strips 3 cm breit, 22 km lang
  • Verliert Pumpqualität Aufheizen (400°)

4. Beam

Elektronen, Positronen á 4 Bunches 45kHz = 22.4 ms

Luminositätslänge ca. 1mm; Tote Region wg. beampipe d = 10mm

physik des lep 1
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 od.
physik des lep 2
Physik des LEP 2
  • Durch höhere Energie folgt W-Paar Erzeugung
  • W zerfallen hadronisch oder (semi-)leptonisch
weitere 4f proze e
Weitere 4f Prozeße

semileptonisch

wdh elktroschwache ww
Wdh. elktroschwache WW

Eichbosonen des schwachen Isospins:

(Triplett), (Singulett)

Z und g sind Mischzustände:

Daraus ergibt sich z.B. Kopplungsstärke

Weinbergwinkel über Relation

Bei neutralem Strom hat jedes Fermion Vektorkopplung und

Axialkopplung

detektoren
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

  • L3 (LEP letter 3)

- Augenmerk auf Leptonen und Photonen

- Hochauflösendes Kalorimeter (10700 BGO Kristalle)

central tracking system
Central tracking system

Z-Chambers

Silicon Microvertex Detector

Vertex Detektor

Jet-Chamber

Eingeschloßen von Druckkammer (4 bar) und Solenoid

silicon microvertex detector
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

mVTX2 (double sided)

Silikon-Streifen in zwei

konzentrischen Ringen

um beam pipe (ladders)

ladder
Ladder
  • - In jedem Ladder sind z und
  • Detektor übereinander

(double layer)

  • Auflösung:
  • z ca. 20 mm
  • f ca. 5 mm
  • Strahlungslänge insgesamt
  • ca. 1.5%
vertex detector
Vertex Detector

470mm

36 Zellen

Auflösung s(rf)=50mm

sekundär Vertices, Einzelpartikel im Jet

Zeitmessung zwischen Preamplifiern liefert grobe z-Messung u.a. für Trigger

slide19

Driftfeld 2.5 kV/cm

Anodenfeld 360 kV/cm

jet kammer
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. 3cm (innen) und 25 cm (außen)

Über 98% von 4p mind. 8 Meßpunkte, jeder Meßpunkt liefert (r , f, z)

Auflösung ca. 110 mm (z ca. 6 cm)

z chamber und magnet
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

slide22
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

Presampler vor EM-cal (barrel und endcap), weil schon 2x0durchfolgen wurden.

6,84 m lang, r = 2.388 m, 16 Sektoren in zwei Streamer Drift Kammern unterteilt

elektromagn kalorimeter
Elektromagn. Kalorimeter

Barrel Sektion: 9440 Bleiglasblöcke in pipe Richtung

Größe: ca. 10 x 10 cm², 37 cm tief = 24.6 x0, relativist. Teilchen erzeugen Cherenkov g

Energieauflösung:

Endcaps: 1132 Blöcke, etwas kleiner als Barreltyp, Auflösung ca. 1% [3-50GeV]

hadronisches kal
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
Myon Kammer

110 Kammern: 1.2 m x 10.4 m

Decken 1200 m² ab

Driftfeld 4kV

Gas: Ar 90%, Et 10%

Driftgeschw. 38 mm/ms

Auflösung:

2 mm in Driftrichtung

1.5 mm in z Richtung

trigger
Trigger

Zwei unterschiedliche Signaltypen:

- Räumliches 4p 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

events1
Events

Good W+W- candidate

(a four jet event) recorded by

OPAL at 161 GeV energy

The red and yellow jets form

a mass of 78 GeV, and the blue

and green jets form a mass of

77 GeV.