Az LHC TOTEM kísérlete

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Az LHC TOTEM kísérlete"

Hanna Bognár
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Az LHC TOTEM kísérlete Csanád Máté ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó, Jávorkút, szeptember szeptember 5. Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 1 / 25

2 Tartalomjegyzék Bevezetés 1 Bevezetés 2 TOTEM fizika 3 TOTEM detektorok 4 TOTEM eredmények 5 Összefoglalás Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 2 / 25

Bevezetés A TOTEM együttműködés Általános célú kísérletek kiegészítése speciális detektorokkal Kis létszámú kísérlet: 62 résztvevő 9 intézményből Csehország,

3 Bevezetés A TOTEM együttműködés Általános célú kísérletek kiegészítése speciális detektorokkal Kis létszámú kísérlet: 62 résztvevő 9 intézményből Csehország, Észtország, Finnország, Magyarország, Svájc, USA A magyar csoport a kísérlet vezetőjével és Roy Glauberrel: Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 3 / 25

4 Tartalomjegyzék TOTEM fizika 1 Bevezetés 2 TOTEM fizika 3 TOTEM detektorok 4 TOTEM eredmények 5 Összefoglalás Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 4 / 25

5 A TOTEM fizikája TOTEM fizika Előreszórt részecskék észlelése, nagy rapiditású események vizsgálata Nagy pontosságú σ tot mérés független elveken dσ el dt mérése nagy t tartományban ( t : impulzusátadás négyzete) Diffraktív folyamatok vizsgálata, kis x fizika A TOTEM által vizsgált események: Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 5 / 25

6 Mérési elvek TOTEM fizika Rugalmas és rugalmatlan beütésszámok mérése: N el, N inel, dn el dt t=0 Differenciális hkm. a beütésszám & luminozitás (CMS) ismeretében: L dσ dt = dn dt Teljes hkm. differenciális hkm. és optikai tétel ismeretében σtot 2 = 16π( c)2 dσ el 1 + ρ 2 dt t=0 Luminozitásfüggetlen módszerrel: σ tot = 16π 1 + ρ 2 dn el/dt t=0 N el + N inel ρ: rugalmas nukleáris szórási amplitúdótól függ: Re(f c.m. (0))/Im(f c.m. (0)) COMPETE elméleti jóslat alapján ρ = , hatása kicsi Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 6 / 25

TOTEM optika TOTEM fizika TOTEM mérések: kis t elérése, t (impulzus) 2 (eltérülési szög) 2 Nyalábhoz a lehető legközelebb kell kerülni Detektorok messze az ütközésektől: LHC

7 TOTEM optika TOTEM fizika TOTEM mérések: kis t elérése, t (impulzus) 2 (eltérülési szög) 2 Nyalábhoz a lehető legközelebb kell kerülni Detektorok messze az ütközésektől: LHC optikát jól kell érteni Mért mennyiségek valódi mennyiségek: transzport mátrix Optika: fókuszálás és defókuszálás, helyfüggő nyalábméret β(l) Szimmetria-középpontban (ütközési pont pl.): β(l) = β + l 2 /β Nyalábdivergencia: 1/ β, minél kisebb, annál jobb Nagy β : akceptancia alacsony t értékeket érhet el, optimális Normál LHC optika, β = 3.5 m: t < 1 GeV 2 Dedikált TOTEM optika: β = 90 m optics: t > 0.03 GeV 2 Végső optika, β = 1540 m: t > GeV 2 Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 7 / 25

8 Tartalomjegyzék TOTEM detektorok 1 Bevezetés 2 TOTEM fizika 3 TOTEM detektorok 4 TOTEM eredmények 5 Összefoglalás Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 8 / 25

9 A TOTEM felépítése TOTEM detektorok CMS-el közös interakciós pont, IP5 Szimmetrikus elrendezés: mindegyik detektor mindkét oldalon T1 és T2 nyomkövető detektorok, CMS forward tartományába integrálva Roman Pot (RP) állomások ±147 m és ±220 m távolságra az IP5-től Longitudinális akceptancia: Θ néhány µrad szórási szögig Pszeudorapiditásban: η = ln tan(θ/2) < 12 Teljes 2π akceptancia φ azimut szögben Impulzusátvitel négyzet tartomány: 10 3 GeV 2 < t < 10 GeV 2 Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 9 / 25

10 TOTEM és CMS TOTEM detektorok Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 10 / 25

11 TOTEM detektorok Teleszko pok T1: 3.1 < η < 4.7, T2: 5.3 < η < 6.5 (az IP mindke t oldala n) T1: 5 egyforma ta volsa gu hatszo gu Cathode Strip Chamber (CSC) T2: 10 majdnem ko r alaku Gas Electron Multiplier (GEM) Csana d Ma te, ELTE Atomfizikai Tansze k XV. Magfizikus Tala lkozo 11 / 25

TOTEM detektorok A Roman Pot (római edény) detektorok A nyalábhoz nagyon közel, másodlagos vákuumban 4 állomás, 2 egység állomásonként, 3 edény egységenként (össszesen 24) 10 sík lap egy

12 TOTEM detektorok A Roman Pot (római edény) detektorok A nyalábhoz nagyon közel, másodlagos vákuumban 4 állomás, 2 egység állomásonként, 3 edény egységenként (össszesen 24) 10 sík lap egy edényben, 512 edgeless Si csík mindegyikben Felbontás: 16 µm, szórási szögben 5 µrad Relatív pozíció-igazítás: 10 µm Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 12 / 25

5-1 mm Ce l: holt re gio 50 µm-re cso kkente se Va ga si felu let tulajdonsa gai meghata rozatlanok: fu

13 TOTEM detektorok Edgeless technolo gia Mine l ko zelebb kell keru lni a nyala bhoz, kb. 1 mm-re Holt re gio a detektor sze le n: sı k Si detektorokna l a ltala ban mm Ce l: holt re gio 50 µm-re cso kkente se Va ga si felu let tulajdonsa gai meghata rozatlanok: fu ggetlenı te s lehetse ges? U gynevezett Current Terminating Structure (6= feszu ltse g-leza ra s) Csana d Ma te, ELTE Atomfizikai Tansze k XV. Magfizikus Tala lkozo 13 / 25

14 TOTEM detektorok Fe nyke pek a detektorokro l Csana d Ma te, ELTE Atomfizikai Tansze k XV. Magfizikus Tala lkozo 14 / 25

15 TOTEM akceptancia TOTEM detektorok Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 15 / 25

16 Tartalomjegyzék TOTEM eredmények 1 Bevezetés 2 TOTEM fizika 3 TOTEM detektorok 4 TOTEM eredmények 5 Összefoglalás Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 16 / 25

17 dσ el /dt eredmények TOTEM eredmények s = 7 TeV, normáls & dedikált optika Kis t : exponenciális, dσ el dt = dσ el dt e B t t=0 A GeV 2 tartományban (Europhys. Lett. 95, (2011)): B = (23.6 ± 0.5 stat ± 0.4 syst ) GeV 2 A GeV 2 tartományban (Europhys. Lett. 96, (2011)): B = (20.1 ± 0.2 stat ± 0.3 syst ) GeV 2 A GeV 2 t tartományban (CERN-PH-EP ): B = (19.89 ± 0.03 stat ± 0.3 syst ) GeV 2 Jelentős diffraktív minimum, helye (EPL95): t = (0.53 ± 0.01 stat ± 0.01 syst ) GeV 2 t > 1.5 GeV 2 : hatványfüggvény, exponense (EPL95) 7.8 ± 0.3 stat ± 0.1 syst Modellekre erős megszorítást adnak az eredmények Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 17 / 25

18 dσ el /dt eredmények TOTEM eredmények Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 18 / 25

19 TOTEM eredmények Proton-proton teljes hatáskeresztmetszet eredmények s = 7 TeV, dedikált β = 90 m optika dσ el /dt eredményekre alapszik t 0 extrapoláció: dσ el dt = (506.4 ± 0.9 stat ± 23 syst ) mb t=0 Innen a rugalmas hatáskeresztmetszet σ el = (25.43 ± 0.03 stat ± 1.1 syst ) mb Az optikai tétellel a teljes hatáskeresztmetszet σ tot = (98.58 ± 0.1 stat ± 2.2 syst ) mb A rugalmatlan hatáskeresztmetszet σ inel = (73.2 ± 0.1 stat ± 1.3 syst ) mb Jó egyezés a nagy energiatartományú COMPETE illesztéssel Első eredmények: Europhys. Lett. 96, (2011) Új mérés (a fent idézett számok): CERN-PH-EP Legújabb mérés: rugalmatlan hatáskeresztmetszet, előkészítés alatt Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 19 / 25

20 TOTEM eredmények Proton-proton teljes hatáskeresztmetszet Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 20 / 25

21 dn ch /dη eredmények TOTEM eredmények s = 7 TeV, 5.3 < η < 6.4 pszeudorapiditás, normál optika A mérés a T2 triggerre épül A többi LHC kísérlet mérését terjeszti ki erre az új tartományra Eseményválogatás: legalább egy töltött részecske 40 MeV/c-nél nagyobb impulzussal Ezzel a nem-diffraktív folyamatok 99% elérhető Az egyszeresen és kétszeresen diffraktív folyamatok is, ha a diffraktív tömeg 3.4 GeV/c 2 felett van dn ch /dη csökken η -val: η = 5.375: 3.84 ± 0.01 stat ± 0.37 syst η = 6.375: 2.38 ± 0.01 stat ± 0.21 syst Egy Monte-Carlo generátor sem írja le az adatokat hibán belül Ref.: Europhys. Lett. 98, (2012) Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 21 / 25

22 dn ch /dη eredmények TOTEM eredmények Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 22 / 25

23 Tartalomjegyzék Összefoglalás 1 Bevezetés 2 TOTEM fizika 3 TOTEM detektorok 4 TOTEM eredmények 5 Összefoglalás Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 23 / 25

24 Összefoglalás Összefoglalás, további tervek A TOTEM kiemelkedő precizitással méri az előreszórt protonokat Normál és dedikált LHC optikával is működik Eddigi eredmények: σ, dσ/dt, rapiditáseloszlás Legnagyobb eddigi precizitás: β = 90 m, t > GeV 2 tartomány Luminozitásfüggetlen σ tot is elkészült Rugalmatlan+rugalmas mérésből további független σ tot eredmény Eddigi eredmények 7 TeV-en, további energiák vizsgálata a jövőben Összesített dn/dη a többi kísérlettel, az eredmények összefűzése Diffraktív mérések, dupla Pomeron csere, ρ mérés, stb. Közös trigger & adatfelvétel a CMS-sel: már elkezdődött Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 24 / 25

25 Köszönöm a figyelmet! Összefoglalás Mindenkit szeretettel hívunk a 12. Zimányi Iskolára! (különösen a diákokat, nekik a részvétel ingyenes) Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 25 / 25

26 Beütések különböző optikáknál Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 26 / 25

27 dσ/dt mérések Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 27 / 25

28 Közös dn/dη ábra Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 28 / 25

29 Proton-proton teljes hatáskeresztmetszet Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék XV. Magfizikus Találkozó 29 / 25

Hasonló dokumentumok

Az LHC TOTEM kísérlete

Az LHC TOTEM kísérlete Csanád Máté ELTE Atomfizikai Tanszék Ortvay Kollokvium 2013. március 21. Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék Ortvay Kollokvium 1 / 45 Tartalomjegyzék Bevezetés 1 Bevezetés 2 TOTEM