Projekt ATLAS Forward Proton

ATLAS Forward Proton Project ( projekt AFP ) to projekt w ramach eksperymentu ATLAS w Wielkim Zderzaczu Hadronów , mający na celu wykrycie protonów w jego przednim obszarze . Zaczęło się od badań i rozwoju w 2004 roku i zostało zatwierdzone w 2015 roku.

Historia i cele

Początkowy projekt badawczo-rozwojowy FP420 był międzynarodową współpracą członków z 29 instytutów z 10 krajów, mającą na celu ocenę wykonalności zainstalowania detektorów znakowania protonowego w odległości 420 m od punktów interakcji eksperymentów ATLAS i CMS . Głównym obszarem zainteresowań leżącym u podstaw projektu było badanie interakcji proton-proton oraz centralnej produkcji wyłącznej w przednim obszarze maszyny. Zaangażowane cząstki przemieszczają się w dół przedniej części rurki wiązki, gdzie przemieszcza się większość energii emitowanej w wyniku zderzeń, ale mają mniejszy pęd niż pierwotne wiązki protonów i trajektorie, które odbiegają od niej (ponieważ są zakrzywiane o różne wartości przez magnesy zderzające) i ostatecznie uderzają w ściany rury wiązki w miejscach, w których można je wykryć niezależnie od pierwotnej wiązki. Wymagało to więc zainstalowania nowych detektorów protonów w różnych odległościach wzdłuż tej rury wiązki. Istniejące detektory protonów ALFA w ATLAS nadawały się tylko do przebiegów niskoenergetycznych, podczas gdy nowe detektory były przeznaczone do pomiarów kolizji wysokoenergetycznych.

Prace badawczo-rozwojowe w ramach projektu AFP rozpoczęły się w 2004 r. Pierwszy list intencyjny złożono w 2009 r. Pierwotnym celem było posiadanie dwóch zestawów detektorów protonów ustawionych w grupach oznaczonych „220” (w odległości 216 m i 224 m) oraz „420 " (na 416 m i 424 m), ale projekt został opóźniony w 2010 r. przez Wielką Brytanię, która obcięła fundusze, w wyniku czego zdecydowano się zrezygnować z 420 detektorów i mieć tylko 220. (W każdym razie 420 detektorów stwarzałoby większe trudności techniczne w porównaniu z 220, ponieważ wiązałoby się to również ze zmianą układu ciekłego helu już obecnego w tym miejscu i chociaż było to konieczne do badań bozonu Higgsa, nie były one potrzebne do innych badań . )

Ten zredukowany projekt przeszedł formalną fazę propozycji technicznej i został w 2012 roku zatwierdzony przez Zarząd Współpracy ATLAS oraz zatwierdzony przez Komitet Eksperymentów LHC. W 2014 roku przeprowadzono przeglądy techniczne, aw czerwcu tego samego roku projekt uzyskał akceptację aktualizacji ATLAS. Wstępna wiązka testowa przeprowadzona w listopadzie wykazała, że ​​różne systemy zostały prawidłowo zintegrowane, a po spotkaniu inauguracyjnym w dniu 30.02.2015 r. Zarząd ATLAS potwierdził swoją decyzję w dniu 30.02.2015 r. W tamtym czasie instalacja detektorów miała zostać zakończona do 2017 r., Do użytku w LHC Run 2.

Detektory na 216 m są znane jako detektory „bliskie”, a detektory na 224 m jako „dalekie”, a ich separacja wynosi 15σ. Po raz pierwszy zaczęli zbierać dane z przebiegów LHC w 2016 r., ale tylko przy niskiej jasności. Od 2017 roku zbierali dane ze wszystkich przebiegów LHC.

Sprzęt i eksperymenty

Zastosowane w projekcie krzemowe detektory śledzące (SiT) wzorowano na detektorze wkładanej warstwy B (IBL) w firmie ATLAS, wykorzystując pomiary pikseli w połączeniu z danymi dotyczącymi magnesu w celu uzyskania spektrometrii pędu. W celu zapewnienia możliwości wyjmowania i ponownego wkładania czujek są one montowane w garnkach rzymskich . Każdy z „dalekich” detektorów zawiera również detektor czasu przelotu, zaprojektowany w celu zmniejszenia „napiętrzenia” poprzez pomiar różnic w czasie przelotu cząstek po obu stronach punktu interakcji ATLAS i porównanie go z zrekonstruowaną pozycją wierzchołka kolizji. Detektory czasu lotu zawierają fotopowielacz mikrokanałowo-płytowy (MCP-PMT) odczytujący paski kwarcowe w kształcie litery L. Szczególny niepokój budzi degradacja spowodowana wstecznym rozpraszaniem jonów dodatnich, w celu zwalczania której fotopowielacze są powlekane metodą osadzania warstw atomowych. Oczekuje się, że wytrzymają 3 × 10 15 n eq /cm 2 na 100 fb -1 . Wcześniejsze projekty dla ToF o nazwie QUARTIC („ QUAR tz TI ming C herenkov”) były oparte na prostych prętach kwarcowych. Pierwotnie rozważano alternatywny system o nazwie GASTOV, który wykorzystywał gaz zamiast kwarcu do generowania promieniowania Czerenkowa rejestrowanego przez fotopowielacz.

Silikonowe czujniki pikselowe są umieszczone w odległości od 2 mm do 3 mm od wiązki. Konstrukcję czujników pikselowych komplikują nierówne dawki promieniowania, które otrzymują w trakcie ich eksploatacji. Aby uodpornić je na to promieniowanie, ich produkcja jest bardziej złożona niż w przypadku prostego płaskiego układu.

Ich temperatura robocza również wpływa na wydajność i są one eksploatowane w temperaturze -20 ° C z pierwotnym (rurka wirowa) i wtórnym (próżnia utrzymywana między 5 mbar a 30 mbar) układami chłodzenia. System próżniowy ma użyteczny efekt uboczny polegający na zmniejszeniu naprężeń mechanicznych powodowanych przez ciśnienie atmosferyczne na garnki rzymskie, które mają cienkie okna i podłogi.

układ scalony FE-I4B (IC) jest sprzężony prądem stałym z samymi czujnikami, zapewniając wiele kanałów odczytu, które można niezależnie wzmacniać i kształtować oraz które mają niezależnie regulowane poziomy dyskryminatora. Chip, zasilany z zewnętrznego zegara, dostarcza 4-bitowe dane taktowania dla czasu przekroczenia progu, który jest przechowywany wraz z czasem wystrzelenia. Same czujniki mają wymiary 336×80 pikseli, przy czym każdy piksel ma wymiary 50×250μm 2 na powierzchni czołowej i głębokość 230μm.

Ten projekt jest wzorowany na projekcie czujnika 3D, który został wykonany dla IBL przez CNM (z Trento ) i FBK (z Barcelony ). Początkową wadą projektu było stosunkowo duże (około 15 000 μm) martwe pole w części czujnika znajdującej się najbliżej wiązki. Zostało to poprawione, zmniejszając martwy obszar do około 200 μm, poprzez zastosowanie cięcia piłą diamentową do „pokrojenia” czujnika. W 2016 roku przeprowadzono testy w celu określenia wydajności tego projektu; a wyniki wykazały wydajność 97%, potencjalnie wzrastającą o 1%, ponieważ rzeczywisty układ czujników mógł wykorzystywać mały kąt padania , podczas gdy stanowisko testowe było ustawione prostopadle do padającego promieniowania. Kąt ten jest średnim kątem Czerenkowa, 14 °, uznanym za optymalny kąt dający rozdzielczość 6 μm zamiast 50/ √ 12 μm, które daje orientacja prostopadła.

Istnieje kilka części LHC, które wpływają na załamanie emitowanych protonów, w tym magnesy dipolowe separujące wiązki, magnesy kwadrupolowe skupiające wiązkę oraz kolimatory wiązki, które chronią magnesy. Rozbieżność wykrytych protonów z głównej wiązki protonów zależy od strat energii zderzenia, a detektory AFP ze względu na swoje położenie mogą wykrywać jedynie protony o stratach energii w zakresie od 2% do 10% energii oryginalny promień.

Rozdzielczość detektorów czasu przelotu została zmierzona w testach w 2015 roku i wynosiła od 38 ± 6 ps do 46 ± 5 ps na LQbar.

Odsyłacze

Źródła

  • Adamczyk L; Banaś, E; Brandt, A; i in. (2015-05-20). „Raport projektu technicznego dla przedniego detektora protonów ATLAS” . CERN-LHCC-2015-009.
  •   Albrow, MG; Appleby, RB; Arneodo, M.; i in. (2009). „Projekt badawczo-rozwojowy FP420: Higgs i nowa fizyka z protonami do przodu w LHC”. Dziennik oprzyrządowania . 4 (10): T10001. ar Xiv : 0806.0302 . Bibcode : 2009JInst...4T0001A . doi : 10.1088/1748-0221/4/10/T10001 . S2CID 119200141 .
  •   Staszewski, R. (kwiecień 2011). „Projekt AFP” . Acta Physica Polonica B. 42 (7): 1615. arXiv : 1104.1858 . doi : 10.5506/APhysPolB.42.1615 . S2CID 118158814 .
  • Grinstein, S. (2016-04-01). „Wykrywacz protonów do przodu ATLAS (AFP)” . Proceedings Fizyki Jądrowej i Cząstek . 273–275: 1180–1184. Bibcode : 2016NPPP..273.1180G . doi : 10.1016/j.nuclphysbps.2015.09.185 .
  • Erland, Pensylwania (2019-02-06). „ Stan i plany przednich detektorów protonów ATLAS ” . Stan i plany detektorów ATLAS Forward Proton . The 27th International Workshop on Vertex Detectors, Chennai, Indie, 21 – 26 października 2018 r. s. 7–16. doi : 10.22323/1.348.0007 . ATL-FWD-PROC-2019-001.
  • „Projekt badawczo-rozwojowy FP420” . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2009-07-27 . Źródło 2010-03-31 .

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ATLAS_Forward_Proton_Project&oldid=1136436836 ”