Разработка детектора черенковских колец на основе фокусирующего аэрогеля А.Ю.Барняков, М.Ю.Барняков, И.Ю.Басок, В.Е.Блинов, В.С.Бобровников, А.А.Бороденко, А.Р.Бузыкаев, В.В.Гулевич, С.А.Кононов, Е.А.Кравченко, И.А.Куянов, А.П.Онучин, И.В.Овтин, А.А.Талышев Институт ядерной физики СО РАН им. Г.И.Будкера А.Ф.Данилюк Институт катализа СО РАН им. Г.К.Борескова С.А. Кононов ИЯФ СО РАН Сессия ЯФ ОФН РАН, ноября 2011 г.

Что такое аэрогель? С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН2 Аэрогель – пористый диоксид кремния (SiO 2 ) с показателем преломления в промежутке между газами, с одной стороны, и твердыми и жидкими веществами, с другой Основные производители для ФВЭ: ИК СО РАН (Новосибирск) и Matsushita (Япония) Показатель преломления выбирается в процессе синтеза n=1.008 ÷ 1.08 (ИК СО РАН) Важный параметр для RICH – длина рассеяния света L sc 5 см на 400нм Размер блоков аэрогеля до 200x200x50мм (ИК СО РАН) Блок для LHCb

Концепция ФАРИЧ (FARICH – Focusing Aerogel RICH) Одно кольцо Раздельные кольца Повышение точности измерения черенковского угла по сравнению с одним слоем достигается за счет уменьшения вклада толщины в ошибку С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН3 T.Iijima et al., NIM A548 (2005) 383 A.Yu.Barnyakov et al., NIM A553 (2005) 70

Для чего нужен ФАРИЧ Forward PID для SuperB Ф/аэрогель+NaF, Photonis MCP PMTs Превосходное π/K разделение Проект закрыт Forward Spectrometer RICH для PANDA Ф/аэрогель, Hamamatsu H8500 PMT π/K/p до 10 ГэВ/с ФАРИЧ для модернизации ALICE Аэрогель, SiPMs π/K до 10 ГэВ/с, K/p до 15 ГэВ/с С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН4

Проект ФАРИЧ для Супер-c-τ-фабрики Радиатор: фокусирующий 4-х слойный аэрогель с n max =1.07 обсуждается использование NaF для малых импульсов Площадь радиатора: 17 м 2 Фотонный детектор: Г-ЛФД (SiPM, G-APD) Площадь ФД: 21 м 2 ~ 1 млн. каналов С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН5

Идентификация частиц μ/π-разделение Поиск LFV в τμγ Смешивание D-мезонов π/K-разделение Моделирование ФАРИЧ для Супер-c-τ-фабрики С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН6 Разрешение по скорости в 4 раза лучше, чем у фокусирующего DIRC

Цели испытания прототипа ФАРИЧ Первое измерение черенковского кольца из монолитного многослойного «фокусирующего» аэрогелевого радиатора Проверка и исследование образцов многослойных «фокусирующих» аэрогелей, выработка новых методов измерения их параметров на пучке Получение опыта работы с Г-ЛФД – 32 канала, шум в канале ~10 МГц – Временное разрешение при регистрации одиночного фотона должно быть лучше 1 нс С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН7

Выведенный пучок e/γ на ВЭПП-4М Параметры выведенного пучка: I beam ~10 мA, E beam =3.5 ГэВ, загрузка от вторичных электронов (1.3 ГэВ) ~50 Гц, максимальная энергия вторичных электронов – 3 ГэВ Размер пучка – 30x15 mm 2 (определяется размером триггерного счетчика) С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН8

Тестовый пучок с прототипом ФАРИЧ С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН9

Прототип ФАРИЧ Бокс спроектирован с возможностью изменять расстояние аэрогель – фотонные детекторы от 50 до 700 мм Фотонные детекторы – 32 MRS APD 2.1x2.1 мм 2 (пр-во ЦПТА, В.М.Головин) С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН10

Электроника прототипа С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН11

Расположение фотодетекторов С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН12

Аэрогель 100x100x31мм 3 Lsc(400нм) = 43мм 100x100x31мм 3 Lsc(400нм) = 43мм С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН13 Фокусировка на расстоянии 93 мм от дальней плоскости аэрогеля.

Анализ: отбор по времени срабатывания Время хитов относительно фазы пучка σ t = 350÷900 пс для разных каналов Условие по времени срабатывания |t-t c |

Измерение радиуса черенковского кольца (1) С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН15

Измерение радиуса черенковского кольца (2) σ r = 1.1mm r = 22.1mm С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН16 Отличие измеренного σ r от расчетного в основном объясняется разрешением дрейфовых камер σ track 0.5 мм.

Сравнение одно и 4-х слойного аэрогелей «Фокусирующий эффект»: Однослойный, толщина 2 см –> σ r =2.1 мм Четырехслойный, толщина 3 см –> σ r =1.1 mm Измерение однослойного аэрогеля: n=1.05, t=2см С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН17 σ r = 2.1mm

Число фотоэлектронов четырехслойный аэрогель однослойный аэрогель С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН18

Заключение ФАРИЧ позволяет получить наилучшую точность измерения скорости частиц с импульсом несколько ГэВ/c. Проведено испытание прототипа ФАРИЧ на пучке. Получено хорошее согласие с ожидаемым разрешением по радиусу черенковского кольца. Планируется модернизировать пучок для улучшения координатного разрешения (ДК, фотонные детекторы) и продолжить исследования. Идет разработка системы ФАРИЧ для Супер-c-τ-фабрики: площадь фотонных детекторов (Г-ЛФД) – 21 м 2, 1 млн. каналов электроники С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН19

Запасные слайды С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН20

Моделирование ФАРИЧ для Супер-c-τ-фабрики С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН21 Число фотоэлектроновОшибка измерения скорости

Сигнальная функция Распределение треков при условии срабатывания фотодетектора Распределение всех треков

Процедура подгонки (1) С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН23

Процедура подгонки (2) С.А. Кононов, ИЯФ СО РАН24