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°

• Tunnel bis zu 150m unter der Erde

• 1,4M m^3 Erdreich ausgehoben

90s207s

][ 1pb

Aufbau

• 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 m x 250 m (v/h) im Detektor

1. Magnetsystem

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 Gas-molekülen

• Strips 3 cm breit, 22 km lang

• Verliert Pumpqualität Aufheizen (400°)

1210 910

4. BeamElektronen, Positronen á 4 Bunches 45kHz = 22.4 s

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

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 od. hadronen od. 0Z ff

Physik des LEP 2• Durch höhere Energie folgt W-Paar Erzeugung

• W zerfallen hadronisch oder (semi-)leptonisch

Weitere 4f Prozeße

semileptonisch

Wdh. elktroschwache WWEichbosonen des schwachen Isospins: 0,WW (Triplett), (Singulett)0BZ und sind Mischzustände:

Daraus ergibt sich z.B. Kopplungsstärke

Weinbergwinkel über Relation

Bei neutralem Strom hat jedes Fermion Vektorkopplung und Axialkopplung

f

AIg

3 Wf

f

VQIg ²sin2

3

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)

OPAL

Central tracking system

Silicon Microvertex Detector

Vertex Detektor

Jet-Chamber

Z-Chambers

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, Lepton, unbekannte T.)-Erhöhung der räumlichen AuflösungMessung in z-Ebene

VTX2 (double sided)Silikon-Streifen in zwei konzentrischen Ringenum beam pipe (ladders)

Ladder

0x

- In jedem Ladder sind z und Detektor übereinander(double layer)-Auflösung: z ca. 20 mca. 5 m-Strahlungslänge insgesamtca. 1.5%

Vertex Detector

470mm

36 Zellen

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

Auflösung rm sekundär Vertices, Einzelpartikel im Jet

Driftfeld 2.5 kV/cmAnodenfeld 360 kV/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. 3cm (innen) und 25 cm (außen)

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

Auflösung ca. 110 m (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 mMagnet: Wassergekühlter Solenoid, Hcal als RückführungB = 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 PresamplerPresampler vor EM-cal (barrel und endcap), weil schon 2x0 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 x0, relativist. Teilchen erzeugen Cherenkov Energieauflösung:

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

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 mDecken 1200 m² abDriftfeld 4kVGas: Ar 90%, Et 10%Driftgeschw. 38 mm/sAuflösung:2 mm in Driftrichtung1.5 mm in z Richtung

TriggerZwei unterschiedliche Signaltypen:

- Räumliches 4 binning in

6 * 24 = 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 GeV energyThe red and yellow jets form a mass of 78 GeV, and the blue and green jets form a mass of 77 GeV.

Nochmal WW