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Kalibrierung des KASCADE-Grande Hadronkalorimeters an einem Hochenergie-
Teilchenbeschleuniger
Stefan Plewnia
Forschungszentrum Karlsruhe
für die KASCADE-Grande Kollaboration
Das Ziel von KASCADE-Grande
Das KASCADE-Experiment
KASCADE Kalorimeter :- 320 m2 sensitive Fläche- 11 λi tief- 9 Lagen mit Ionisationskammern- 11000 Kammern mit 44000 elektronischen Kanälen- Energieschwelle : EH>20 GeV- Ortsauflösung 25x25 cm2
- Die hadronische Komponente aus-
gedehnter Luftschauer besteht aus
Mesonen, Neutronen, Protonen und
Kernfragmenten
- Bodengestützte Experimente messen:
- Energie des Hadrons
- Spur des Hadrons
- Anzahl der Hadronen im Schauer
=> hadronische Observablen geben
Hinweise auf das primäre Teilchen
TMP
Die Ionisationskammern
- Gefüllt mit TMP (Tetramethylpentan) oder TMS (Tetramethylsilan) als aktives Medium
- Stabile Signalausbeute über Jahre
- Kann bei Zimmertemperatur betrieben werden
- Höhere Präzision bei Energiemessung als gasgefüllte Detektoren
CERN Testkalorimeter
- Test an der SPS-H4-Beamline (Juni und Juli 2003)
- Protonen, Pionen, Elektronen, und Myonen von 15 bis 350GeV
Das Kalorimeter
Kalibrierung
- Elektronische Kalibrierung mit definierten Ladungspulsen =>Umrechnung von ADC-Werten in fC
- Messungen mit 50 GeV Myonen Energieverlust in den Kammern kann berechnet (Bethe-Bloch Formel) oder aus MC-Simulationen bestimmt werden
- Gemessene Ladung hängt ab von: - dE/dx -Primärer Rekombination -Verluste durch Unreinheiten
τ),f(t100eV
G(E)
dx
dEd Q d
τ),f(t100eV
G(E)
dx
dEdQ d
Gesammelte
Ladung
Aus Simulation/Berech
nung(Bethe-Bloch)
Ladungsausbeute der
Elektronen die primärer
Rekombination entkommen
))-1(-1(),(-dt
ddd e
tttf
Ladungssammelfunktion
Kalibrierung:
d
50 GeV Myonen bei drei Hochspannungen
- Ladungssammelfunktion wird an Daten angepasst
- Ein Parameter : Lebensdauer τ
τ wird als Kalibrations-konstante für alle weiteren Messungen benutzt
Myonen bei drei Hochspannungen
Nach Kalibrierung:
Alle Lagen zeigen in etwa gleichen Energieverlust
-> Kalibrationskonstante
n können für alle anderen Messungen
benutzt werden
Longitudinale Verteilung der Energieverluste für Pionen
Maximum des Energiedeposits dringt mit ln(E) tiefer ein
c
xb exa
-**
Longitudinale Verteilung der Energieverluste für Elektronen
Kalorimeter ist für Hadronen optimiert
-> Inadequates Sampling für Elektronen
Vergleich Daten/Simulation
Monte Carlo Simulation :
- Basiert auf GEANT 3.21
- Signaldämpfung für stark ionisierende Teilchen eingebunden (aus früheren Messungen bekannt)
- Kammergeometrie wurde be-rücksichtigt
- Simulationen mit Hadronen, Elektronen, und Myonen bei unterschiedlichen Energien
- Statistik liegt bei ca. 10% der Daten
Simulation und Daten für Pionen:
Simulation und Messungen sind miteinander vereinbar !
Energiesumme für Elektronen und Pionen
ΣE = Summe der gem. Energie in allen Lagen
- Gemessene Energie ~ E0
%14][
%130
GeVE
Energieauflösung für Hadronen
σE/E ≈ 27% bei 150 GeV
=> σE/E ≈ 18% bei 1 TeV
Zusammenfassung
Kalorimeter arbeitete wie gewünscht, vorläufige Resultate sehr vielversprechend
Daten und Simulation sind miteinander vereinbar
Weitere Analysen sind in Arbeit
Unterschiede zwischen MC und Daten werden untersucht
Die Ergebnisse werden das Wissen über das KASCADE-Grande-Hadronkalorimeter und die Ionisationskammern verbessern
Aussichten