Stefan SpratteUni{DortmundDPG Fr�uhjahrstagungHeidelberg16. M�arz 1999H E R ABBetrieb des internen HERA{BHochratentargets am HERAProtonenspeicherring :�Ubersicht und Me�ergebnisse� Das HERA{B Experiment� Das interne HERA{B Hochratentarget� Untersuchung der Eigenschaften des Targets:Das Z�ahlratenexperiment� Das Ratenverhalten:Die Raten uktuationenDas \Coasting Beam" Ph�anomen� ZusammenfassungS. Spratte { DPG Gruppenvortrag, Heidelberg, 16. M�arz 1999 1

Der HERA e-p RingHERA

PETRA

DORIS

HASYLAB

DESY

Halle NORD (H1)Hall NORTH (H1)

Halle OST (HERMES)Hall EAST (HERMES)

Halle SÜD (ZEUS)Hall SOUTH (ZEUS)

Halle WEST (HERA-B)Hall WEST (HERA-B)

Elektronen / PositronenElectrons / Positrons

ProtonenProtons

SynchrotronstrahlungSynchrotron Radiation

HERA920 GeV p30 GeV eZEUS: e-p

H1: e-pHERA-B: p HERMES: e

VorbeschleunigerElektronen / PositronenElectrons / Positrons

ProtonenProtons

SynchrotronstrahlungSynchrotron Radiation

HERA

PETRA

DORIS

HASYLAB

PIA

DESY II

DESY III

LIN

AC

II

HERA-Halle WestHERA-Hall West

LINAC IIIS. Spratte { DPG Gruppenvortrag, Heidelberg, 16. M�arz 1999 2

Ziel des HERA{B ExperimentsMessung der CP-Verletzung imB-SystemAf = �(B0!J= K0S)��(B0!J= K0S)�(B0!J= K0S)+�(B0!J= K0S)= sin(2�) � sin(xt)Unterschied in der Zerfallsrate zweierverschiedener Zerfallsamplituden:B0 J= K0SB0CP{Asymmetrie h�angt nur von CKMMatrixelementen ab, dies erm�oglicht genaueVorhersagen und einen wohl de�nierten Test desStandard Modells.S. Spratte { DPG Gruppenvortrag, Heidelberg, 16. M�arz 1999 3

Anforderungen an den Detektor

40 MHz p820 GeV B0 �+ ; e+��; e�K0S �+� �B� e� ; ��D0 K�

Target5 IA/BX1 Event /1011 Int. VDS

Tracking

RICHMuon/ECAL,TRDMuon/ECAL,TRDDAQ

10 MHz150 GB/sFLT50 kHz1.8 GB/sSLT500 Hz50 MB/sTLT50 Hz5 MB/sS.Spratte{DPGGruppenvortrag,Heidelberg,16.M� arz1999

4

Der HERA{B DetektorDas HERA-B Experiment

RICH

250 mrad

220 mrad

160 mrad

Magnet

Silizium Vertex- Detektor

TRDKalorimeterMyon Detektor

Target

0 m5101520

Photon Detektor

planare Spiegel

Draufsicht

Seitenansicht

Protonstrahl

Elektronstrahl

Protonenstrahl

Elektronstrahl

sphärische Spiegel

Vertextank

innere / äußere Spurkammern

C4ÊF10

Strahlrohr

S.Spratte{DPGGruppenvortrag,Heidelberg,16.M� arz19995

Typisches Ereignis (GEANT)

� � 5 Proton-Kern Wechselwirkungen / BX(96 nsec)� O(100) geladene Spuren, Occupancy � 20%� sehr gro�e Strahlenbelastung (wie LHC)S. Spratte { DPG Gruppenvortrag, Heidelberg, 16. M�arz 1999 6

Das HERA{B Target� Wechselwirkungsrate &Targete�zienz �TBen�otigte Rate:30{40 MHz, das sind 4{5WW/bx1 mA Protonenverlust in 1h: 36 MHz! Beamscraping! Untergrund (large angle scattering)Ein �u�e: Vielfachstreuung, Apertur& Kollimatoren, Z des Targetmaterials,Strahloptik, Di�usion� Geforderte Me�zeit: � 107 Sek./Jahr! schnelle, sichere, zuverl�assige Steuerung! einfache Bedienung! Online Monitoring! Koordination mit HERA/anderen Exp.S. Spratte { DPG Gruppenvortrag, Heidelberg, 16. M�arz 1999 7

� Rekonstruktionse�zienz undLeistungsbeschr�ankung des Detektors! konstante Rate, keine Spikes! WW gleichverteilt auf alle Dr�ahte! keine oder nur kleine Fluktuationen! gleiche Beitr�age aller Bunche! keine WW in den Bunchl�ucken(WW in 96 nsec, keine Satelliten etc.)10

-1

1

10

Rat

es [M

Hz]

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0 2 4 6 8 10time of day

Wire

posi

tions

[mm

]

RUN 102 25.-26.9.97

InteractionrateTriggerrateVetorate

Above IBelow IInner IOuter I

Above IIBelow IIInner IIOuter II

jagla@mail.desy.de

S. Spratte { DPG Gruppenvortrag, Heidelberg, 16. M�arz 1999 8

Target im Vertextank

S. Spratte { DPG Gruppenvortrag, Heidelberg, 16. M�arz 1999 9

Das Target Viewing System

S. Spratte { DPG Gruppenvortrag, Heidelberg, 16. M�arz 1999 10

Targetoperation bei hohen Raten� Hohe Wechselwirkungsraten erreichbar, wenn�T � 50%� Vieldrahtautomatik arbeitet f�ur 4 Dr�ahtezuverl�assig� kein bedeutender Anstieg der Untergrundraten,wenn die Kollimatoren richtig gesetzt sind10

20

30

40

-5

0

5

60

70

1

10

12 14 16 18S. Spratte { DPG Gruppenvortrag, Heidelberg, 16. M�arz 1999 11

Fluktuationen & Ratenstabilit�atUrsache:Target ist kein Halotarget! Beam scraping! steile Kante in der Protonendichteverteilung! Target reagiert sehr sensitiv auf St�orungen:(�Rate/Rate)=�wpos � 2=10 �mAuswirkung:E�zienzverlust (zu viele Spuren),Strahlungssch�aden (Ratenspikes)L�osung:Strahlanregung ! mehr Strahlhaloscharfe Kante wird"ausgeschmiert"

Protonen-

s

Draht

dichte-verteilung

S. Spratte { DPG Gruppenvortrag, Heidelberg, 16. M�arz 1999 12

Periodische Raten uktuationendurch Netzger�ate (50 { 600 Hz),Vakuumpumpen (48 Hz), Gezeiten, ...1200

1400

1600

x 10 3

0 1 2 3 4 5

4000

5000

x 10 2

0 0.5 1 1.5 2 2.5

10 7

10 8

10 9

10 10

0 100 200 300 400 500

10 7

10 8

10 9

10 10

0 20 40 60 80 100 120S. Spratte { DPG Gruppenvortrag, Heidelberg, 16. M�arz 1999 13

Bodenvibrationen { Okt. `980

50

100

-5.7

-5.65

-5.6

-950

-900

-850

-800

-2850

-2825

-2800

-2775

-2750

6.4 6.6 6.8 7 7.2 7.4 7.6 7.8 8 8.2

IA r

ate

[MH

z]ou

ter2

[mm

]B

PM

y

time of day

BP

Mx

Run 84.98

S. Spratte { DPG Gruppenvortrag, Heidelberg, 16. M�arz 1999 14

Strahlanregung durch Feedback Kicker�ex = (41:410� 0:005) kHz0

5

10

15

0

0.5

1

-10

-8

-6

10 2

10 3

10 4

0

200

400

23.35 23.4 23.45S. Spratte { DPG Gruppenvortrag, Heidelberg, 16. M�arz 1999 15

Das Coasting Beam Ph�anomen0

0.005

0.01

0

0.005

0.01

0

0.01

0.02

0.03

200 400 600 800S. Spratte { DPG Gruppenvortrag, Heidelberg, 16. M�arz 1999 16

Bunchbeitr�age: Vertexdetektor� gleiche Signatur der Beitr�age aus derKickerl�ucke !

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Coasting Beam Studien

NBX

BX

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Coasting Beam Produktion

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ZusammenfassungDas HERA{B Target ist kein reines Halotarget! Beamscraping! Das Target reagiert sehr sensitiv auf St�orungen! Raten uktuationenUrsachen der Raten uktuationen:� periodische Strahlanregungen� Bodenvibrationen, mech. Instabilit�aten� unterschiedlicher Beitrag zur Wechselwirkungsrateder verschiedenen BuncheDas Coasting Beam Ph�anomen wurde untersucht:� Beitr�age ungef�ullter Bunche auf der �au�eren Seitebeobachtbar (Energieverlust + Dispersion)� Coasting Beam Protonen k�onnen nicht beseitigtwerden� Das Target ist nicht (alleine) f�ur die Produktionder Coasting Beam Protonen verantwortlich� Der Produktionsmechanismus ist nochunverstandenS. Spratte { DPG Gruppenvortrag, Heidelberg, 16. M�arz 1999 20