Сессия ОФВЭ 20091 Эксперимент ФЕНИКС В.Рябов В.Самсонов. - презентация

1 Сессия ОФВЭ Эксперимент ФЕНИКС В.Рябов В.Самсонов

2 Сессия ОФВЭ Ускорительный комплекс RHIC RHIC NSRL LINAC Booster AGS Tandems STAR PHENIX PHOBOS RF BRAHMS Проектная светимость: Достигнутая: Au–Au cm -2 s x10 27 cm -2 s -1 p –p cm -2 s x10 31 cm -2 s GeV 1.2x10 32 cm -2 s GeV

3 Сессия ОФВЭ Предмет исследования Свойства ядерной материи в условиях экстремально высокой плотности энергии QCD предсказывает фазовый переход при температуре Т с = 170 МэВ (10 12 К, ~ 1 ГэВ/фм) из адронной материи в КГП. RHIC предназначен для изучения явлений и процессов, возникающих в результате цветового деконфаймента и/или восстановления киральной симметрии, связанных с образованием КГП при взаимодействии тяжелых релятивистских ядер. Продолжение программы по изучению взаимодействий тяжелых релятивистских ядер, начатой в 1986 году на синхротронах AGS и SPS. Важно для понимания эволюции Вселенной, состояния вещества в звездах, проверки КХД

4 Сессия ОФВЭ Коллаборация ФЕНИКС

5 Сессия ОФВЭ Высокоскоростная система DAQ (>5kHz) Буферизация событий (95% live) LVL1 триггер (MuID и ERT) OnCal калибровки LVL2 триггер отбора редких событий Центральный магнит (Ижорский завод) Дрейфовые камеры (ПИЯФ, Гатчина) Три слоя падовых камер Черенковский детектор кругового действия (RICH) Электромагнитный калориметр: PbSc (ИФВЭ, Протвино) PbGl (РНЦ Курчатовский институт) ТЕС TOF AGEL (с участием ОИЯФ, Дубна) Muon Arms Эксперимент PHENIX < < x 90 o 1.2 < < x 360 o NIM A499, p , 2003

6 Сессия ОФВЭ Сталкиваемые пучки Измеряемые частицы:, e,, h ±,, K,,,,, p, J/,, Y... p+pd+AuAu+AuCu+Cu 200 GeV 130 GeV 62.4 GeV 22.4 GeV ReferencesQGP? CNM p+p: базовые измерения для сравнения с A+A; проверка моделей, описывающих рождение частиц в элементарных N-N столкновениях. d+Au: изучение эффектов холодной ядерной материи: PDF, Кронин, адронные перерассеяния. Cu+Cu, Au+Au: поиск фазового перехода и изучение свойств образующейся среды через измерение угловых, импульсных и энергетических распределений максимально возможного числа адронов, лептонов и фотонов …

7 Сессия ОФВЭ Run #Год Ядра ЭнергияLСобытияДанные Run22001/02 Au - Au µb M10 TB Au - Au19 < 1 M p - p pb B20 TB Run32002/03 d - Au nb B46 TB p - p pb B35 TB Run42003/04 Au - Au µb B270 TB Au - Au62,49 µb M10 TB Run52005 Cu - Cu2003 nb B173 TB Cu - Cu62,40.19 nb B48 TB Cu - Cu22,42.7 µb -1 9 M1 TB p - p pb B262 TB Run p - p pb B310 TB p - p62,40.1 pb B25 TB Run-72007Au - Au µb B570 TB Run-82007/08 d - Au20081 nb B437 TB p - p pb B118 TB Au - Au 9.2 ~ 10 K Run-92008/09 p - p pb B220 TB p – p pb B350 TB Run /10 Au – Au р - р 200/62 27(39)/9/ /10 недель 2/2 недели 1 неделя ?

8 Сессия ОФВЭ Основные достижения в Совокупность экспериментальных наблюдений указывает на образование нового состояния партонной материи (sQGP) на RHIC Подавление выхода адронов, но не прямых фотонов Анизотропия (v2) в импульсном распределении частиц Масштабирование потоков по числу валентных кварков в адроне Избыточный выход тепловых фотонов, указывающий на температуру излучающей системы, совпадающую с решеточными расчетами Charm and bottom energy loss n ch /n max V2V2 PHENIX Preliminary Большое число неожиданных открытий: Подавление выхода адронов не зависит от pT Энергетические потери и v2 обнаружены для c и b J/psi имеет необычное подавление Модификация формы обратных струй многое другое …

9 Сессия ОФВЭ Обнаружение новой формы ядерной материи- Кварк-глюонная «жидкость» На RHIC образуется сильно взаимодействующее кварк- глюонное состояние плотной материи Получены первые данные о характеристиках данной материи начальная кварк-глюонной плотность начальная кварк-глюонной плотность >15 ГэВ/фм 3 >15 ГэВ/фм 3 dN g /dy > 1100 dN g /dy > 1100 начальная температура начальная температура T 0 ave = МэВ время существования время существования 0,2-1,0 фм/с 0,2-1,0 фм/с Такие высокие плотности и температуры беспрецедентны PHENIX ПИЯФ в БНЛ (США) 2005

10 Сессия ОФВЭ RHIC, доставленная светимость Начиная с 2000 г. светимость (L) пучков увеличена более чем на 2 порядка. Практически достигнут предел в светимости пучков тяжелых ионов и поляризации пучков протонов RHIC-у требуется модернизация для повышения L и поляризации Модернизация ионного источника и введение электронного охлаждения пучков позволят расширить физическую программу (более тяжелые ядра U+U, сканирование по энергиям вплоть до 6-9 ГэВ)

11 Сессия ОФВЭ Эксперимент нуждается в дополнительных возможностях для изучения : Тяжелых ароматов во взаимодействиях тяжелых ядер Модификаций струй/энергетических потерь в sQGP e+e- континуума, векторных мезонов p+p столкновений при 500 ГэВ, измерений W для спиновой программы Сканирование по энергии взаимодействия, поиск КХД критической точки Новые детекторные подсистемы: Силиконовый вершинный детектор (пиксели, пады и стрипы) –Si barrel (VTX) 2011, Si Endcaps (FVTX) 2012 W (распадные лептоны) в форвардных направлениях (трекинг и триггер) –RPC + новая LVL1 триггерная электроника 2011 (мюонные спектрометры) Идентификация электронов (HBD) –Hadron Blind Detector 2009 Калориметрия в форвардном направлении (FOCAL) –Si-W массив, 1.5 < < , PbWO 4 массив, 3.0< < Общее обновление DAQ/Триггерной системы Обновление PHENIX

12 Сессия ОФВЭ PHENIX Hadron Blind Detector (уже в Run10) ~40 pe HBD: CF 4 Черенковский детектор 50 см радиационная длина Фотокатод с напылением CsI Тройной GEM со считыванием с катода (падовая структура) Полностью установлен в установку < 2 pe

13 Сессия ОФВЭ PHENIX Силиконовый Вершинный Трекер Детектор состоит из: 4-х слойной бочки (VTX), 2 x 4-х слойных endcaps (FVTX) Бочка VTX ( -1.2 < < 1.2) 2 пиксельных слоя (ALICE сенсоры и электроника) 2 стрип - пиксельных слоя (новый дизайн) Endcap FVTX ( 1.0 < | | < 2.5 ) Мини Si стрипы VTX и FVTX оптимизированы для измерения частиц с открытым очарованием и прелестью, используя DCA (distance of closest approach). B – мезоны измеряются через распады в J/Psi со смещенной вершиной.

14 Сессия ОФВЭ Силиконовый вершинный трекер (VTX) 22.7cm 2 внутренних слоя: пиксельные детекторы 2 внешних слоя : стрип-пиксельные детекторы 38.3cm 4-х слойная бочечная структура Пиксельные слои r=5.0см z=±10см r=2.5см z=±10см Стрип-пиксельные слои r=11.5см z=±16см r=16.5см z=±19см Пиксельная линейка Стрип-пиксельная линейка 2 по | | < 1.2 Аксептанс : | | < 1.2, 2 по азимут. углу Пространственное разрешение: DCA ~ 100 мкм

15 Сессия ОФВЭ Форвардный силиконовый вершинный трекер (FVTX) Четыре плоскости силиконовых мини-стриповых плоскостей. Расстояние между стрипами 75 мкм. DCA разрешение в плоскости r-z ~100 мкм. 1.2 < | | < 2.4 and ~ 2. x x x x Muon arm D + X B + X c = few m BG muon + X K + X Разделение мюонов от распадов D и B через измерение DCA для мюонов Подавление фоновых мюонов от распада легких адронов ( and K)

16 Необходимость в новом триггере для W Текущий мюонный триггер Частота триггера первого уровня 200 kГц в p+p при 500 ГэВ Пропускная способностьDAQ ~2kГц Необходима дополнительная избирательность триггера (~ 100) для записи событий с W Новый мюонный триггер Быстрый онлайн трекинг, отбор треков с импульсами > 20 ГэВ/с Частота срабатывания ~ 2.4 кГц W MuID New Trigger

17 Сессия ОФВЭ PHENIX Мюонный Триггер Обновление мюонного триггера состоит в: 4 станции RPC камер –по 2 в каждом спектрометре Обновление электроники в мюонном трекере – St2, St3 в каждом спектрометре Позволяет обеспечить отбор большей части мюонов от распада W при уменьшении частоты срабатывания триггера более чем на 2 порядка MuTrig Station 1 MuTrig Station 3 MuTrig Station 1 MuTrig Station 3 MuTrig Fee

18 Сессия ОФВЭ RPC1(a,b) RPC3 18 MuTRG FEE Muon Trigger Онлайн мюонный триггер Построение прямой линии по хитам в Station 1 and 3 Поиск рядом расположенного хита в Station 2 Измерение отклонения хита в Station 2 от линии, оценка импульса мюона. Возможно после обновления FEE (front end electronics) в трекере Добавление RPCs позволяет дополнительно подавлять фон (временное разрешение ~ 2-5 нс + информация по координатам трека) RPC3 RPC1 MuTr Station1 MuTr Station3 MuTr Station2

19 Сессия ОФВЭ PHENIX Форвардный калориметр (FOCAL) Forward Calorimeter VTX Si Barrel FVTX Si Endcaps Форвардный калориметр: силиконовые пады и стрипы + вольфрам Обеспечивает калориметрические измерения при 1.5 < < продольных сегмента в каждой башне, включая preshower для разделения / o 21 Xo E/E ~ 23%/E 1/2 Измерения при малых x для спиновой программы, CGC Изучение 2-х частичных корреляций ( -jet)

20 Сессия ОФВЭ Ремонт/обновление Центральной Трековой Системы Центральная Трековая Система состоит из Дрейфовых Камер (DC) и трех слоев Падовых Камер (PC) Обеспечивает успешную работу эксперимента в течении 10 лет, но проявляет признаки деградации (проволочные детекторы имеют конечное время жизни) : неустойчивое поведение по HV разрыв проволок отказы электроники Решения: Временные: изменение режимов работы по HV и порогов электроники ежегодные ремонты DC, замена неремонтируемых модулей PC замена и ремонт электроники Постоянные: замена отказывающих компонент добавление промежуточного трекера Не может продолжаться бесконечно

21 Сессия ОФВЭ Замена компонент Делаются оценки в настоящее время PC модули практически не ремонтопригодны только замена Электроника замена на улучшенный аналог для более быстрого считывания и более стабильной работы во времени DC ферма стабильна замена только проволочных сеток: DCE&DCW первоначальный дизайн (очень сложный для производства, проблема с выпадением проволок) Новый дизайн как в DCE (очень сложный для производства) Обновленный дизайн: с/без центральной поддержки – нужна ли она при реальной, а не планируемой множественности? геометрия – меньший коэф. газового усиления при той же эффективности проволок – что при этом произойдет с 2-х трековым разрешением? с/без стерео UV - слоев – используются только для распределения PC1 хитов по трекам, не вносят вклад в импульсное разрешение – возможно ли заменить UV слои на дополнительные Х слои для улучшения импульсного разрешения?

22 Сессия ОФВЭ Промежуточный трекер После установки VTX и FVTX остается место между вершинным трекером и DC возможность добавить промежуточный трекер. Это позволит: –Увеличить аксептанс центральных спектрометров. –Улучшить импульсное разрешение. –Подавить фоновые треки, берущие начало не из области взаимодействия. –Возможность создания триггера для частиц с большим p T. Многообещающий проект требует обоснования ведутся работы Область для промежуточного трекера

23 Сессия ОФВЭ Предварительное расписание

24 Сессия ОФВЭ Обновление ускорителя Дополнительное оборудование для повышения светимости пучков протонов и тяжелых ионов –Элементы системы стохастического охлаждения –Новые радиочастотные элементы (ускорительные) –Электронные линзы Сканирование по энергиям, поиск критической точки –Электронное охлаждение в AGS Новый источник ионов – EBIS –U+U, 3 He

25 Сессия ОФВЭ Ожидаемое улучшение параметров RHIC ДостигнутоОжидается Au-Au (2007)(~ 2011) Энергия ГэВ/нуклон 100 Число банчей … Интенсивность банча Средняя светимость см -2 с p - p (2006/08)(~ 2011) Энергия ГэВ (250) Число банчей … Интенсивность банча Средняя светимость см -2 с (200) Поляризация % x дизайн 30x дизайн

26 Сессия ОФВЭ Long term: eRHIC Added e+A and polarized e+p capabilities New detector, augmented user community A+A, p+A, polarized p+p still available Construction possible R2D detector e-accelerator

27 Сессия ОФВЭ Заключение В ходе первых 10 лет работы RHIC было сделано много открытий и неожиданных наблюдений. ПИЯФ внесли свой вклад в получение новых данных. В настоящее время проводится более глубокое и дифференцированное изучение ранее открытых явлений. Дальнейший прогресс требует повышения светимости пучков и усовершенствования экспериментальных установок, что позволит: –провести исследования в секторе тяжелых ароматов (с, b кварки) –измерить h-h, -h, (c,b)-h струи и угловые корреляции в широкой области быстрот –измерить свойства ЛВМ в ди - лептонных каналах –изучить спиновую структуру протона через –Провести сканирование по энергии взаимодействия ядер ПИЯФ участвует в программе обновления центральной трековой системы эксперимента.

28 Сессия ОФВЭ Участие ПИЯФ РАН в анализе данных Отбор данных высокого качества, определение средних характеристик детекторных подсистем, настройка параметров Монте-Карло Продолжение анализа данных с целью изучения характеристик легких мезонов в адронных и лептонных каналах распада (p+p, d+Au, Au+Au): , + - K + K -, e + e , 0, e + e - K s 0 0 0

29 Сессия ОФВЭ В.Баублис, к.ф.-м.н., снс Е.Взнуздаев, вед. инженер Д.Иванищев, мнс, (гот.канд.дисс.), 27 лет Б.Комков, снс Д.Котов, аспирант, 24 года В.Рябов, д.ф.-м.н., снс, 35 лет Ю.Рябов, к.ф.-м.н., снс, 37 лет В.Самсонов, д.ф.-м.н., зав. лабораторией А.Ханзадеев, д.ф.-м.н., внс, Участники эксперимента ФЕНИКС от ЛРЯФ: Финансовое обеспечение участия в эксперименте ФЕНИКС: Визиты: 50 k$ (Минобрнаука) 46 k$ (БНЛ) Поддержка участия: 400 т.руб. (РАН)