Передний электромагнитный калориметр детектора ПАНДА в проекте FAIR в Дармштадте П.А. Семенов ИФВЭ, Протвино Семинар ИЦФР 14 декабря 2009

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино2 Электромагнитные калориметры детектора ПАНДА ЭМК переднего спектрометра –требования на параметры ЭМК –принцип работы ЭМК типа шашлык –результаты исследования энергетического и координатного разрешения прототипа ЭМК на пучке в ИФВЭ

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино3 Электромагнитные калориметры ЭМК переднего спектрометра ЭМК центрального спектрометра

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино4 EMC переднего спектрометра 7 метров от точки взаимодействия Площадь ~4 м 2 Находится вне сильных магнитных полей (предполагается использовать ФЭУ) Диапазон энергий 10 МэВ – 15 ГэВ Калориметр сэмплингового типа с тонкой сегментацией и светосбором при помощи спектросмещающих волокон, проходящих через отверстия в слоях свинца и сцинтиллятора (шашлык)

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино5 Сравнение спектра фотонов для ЭМК ПАНДА Черная кривая – все фотоны, цветная для переднего ЭМК Пучок 5 GeV/c Пучок 15 GeV/c

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино6 Фотоны в переднем ЭМК, пучок 6.27 GeV/c

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино7 Распады чармония, пучок 6.27 GeV/c Энергия фотонов в переднем ЭМК от распадах чармония относительно низкая, т.е. порог регистрации должен быть близким к центральному ЭМК.

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино8 Структура супермодуля калориметра типа шашлык

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино9 Расположение оптоволокна и фотодетектора

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино10 Общий вид переднего ЭМК ПАНДА (этап сборки)

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино11 Прототип переднего ЭМК ПАНДА

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино12 Модули шашлык на этапе сборки в ИФВЭ

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино13 Параметры прототипа большого модуля 9 модулей собраны в матрицу 3х3 380 слоёв пластин 0.3-мм свинца 1.5-мм сцинтиллятора, общая длина 680 мм Поперечные размеры ячейки 110x110 мм 2 Радиус Мольера: R M =59 мм Радиационная длина: X 0 =34 мм Количество рад.длин: 20X 0 Сбор света: 144 (12 12) волокон BCF-91A ( 1.2 мм) Фотодетектор ФЭУ Hamamtsu R5800

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино14 Схема установки на тестовом пучке DC1 M14DC2 DC3 DC4 ECAL prototype Beam Пучковый спектрометр из 4 дрейфовых камер и магнита для точного измерения импульса пучковой частицы Прототип калориметра на двигающейся подставке Пучок с импульсом 1-19 ГэВ/c, ~70% электронов

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино15 Прототип калориметра на тестовом пучке Прототип калориметра до монтажа ФЭУ(слева) и полностью готовый к измерениям (справа)

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино16 Спектр MIP

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино17 Зависимость энергетического разрешения от энергии

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино18 Параметры энергетического разрешения σ E /E = a/E b/E c [%], E в ГэВ Параметры для эксп.: MC: a = 3.5 ± 0.3 a = 0.0 b = 2.8 ± 0.2 b = 3.0 ± 0.3 c = 1.3 ± 0.04 c = 1.1 ± 0.7 Хорошее согласие эксперимента и MC без учета шумового члена. Хорошее согласие с предыдущими измерениями калориметра с аналогичным тонким сэмплингом при низких энергиях (2.9%/E при МэВ: Test beam study of the KOPIO shashlyk calorimeter prototype, G.Atoian, S.Dhawan,V.Issakov et al. CALOR Proceedings )

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино19 Измеренная S-кривая при 19 GeV/c Реальная координата, см Координата по центру тяжести

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино20 Зависимость координатного разрешения (в центре) от энергии

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино21 Параметры координатного разрешения σ x = a/E b [mm], E в ГэВ Параметры для эксп. : MC : a = 17.6 ± 0.9 a = 14.2 ± 0.6 b = 4.6 ± 0.9 b = 5.5 ± 0.9 Параметры для разрешения в центре модуля. Разрешение на краях в 3 раза выше

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино22 Регистрация π ° прототипом ЭМК DC1 M14DC2 DC3 DC4 ECAL Beam Прототип переднего ЭМК из 64 ячеек 55х55мм 2 Мишень (Al 20 мм) на расстоянии 1.5 м и 3 м перед прототипом S1S2S3 St Мишень SASA

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино23 Измерения разрешения (55х55 мм 2 ) σE /E = 5.6/E 2.4/E 1.3 [%] σE /E = 3.5/E 2.8/E 1.3 [%] (большая ячейка) Координатное разрешение для 55х55 при 19 ГэВ: в центре ячейки 3 мм (6 мм для большой), на краю 1.5 мм для обоих размеров ячейки

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино24 Реконструкция нейтральных пионов ( 1.5 м ) π GeV, σ m 12.5 MeV

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино25 Backup slides

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино26 Active elements area of detector x 1540 mm Total active elements (supermodules) number – (27 x 14) – 4 = 374 Detector width along beam pipe line – 1100 mm (+20 mm gap shared with neighbors) Window for the beam pipe – 174 x 174 mm (beam pipe size???)

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино27 MC shashlyk parameters Shashlyk module geometry including holes Tile att. length 70 cm Fiber att length 400 cm Reflection from tile edges diffusive Tot. internal reflection 0.97 Tile light output 100 eV/photon Reemission probability in fiber 0.1 Refraction in tiles and fibers 1.59

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино28 Shashlyk module internal structure

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино29 Состав пучка, канал 2Б У-70, 10 ГеВ/с

14 октября 2009П.А.Семенов, ИФВЭ, Протвино30 S-curve MC (0.5 – 10 GeV)