Калибровка времяпроекционной камеры эксперимента HARP и измерение сечений рождения адронов в адрон-ядерных взаимодействиях на тантале и свинце для проектирования нейтринной фабрики тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, кандидат физико-математических наук Большакова, Анастасия Евгеньевна

• Большакова, Анастасия Евгеньевна
• кандидат физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Большакова, Анастасия Евгеньевна

Введение

1 Эксперимент HARP

1.1 Физические цели эксперимента HARP.

1.1.1 Нейтринная фабрика.

1.1.2 Генераторы адронных взаимодействий по методу Монте-Карло.

1.1.3 Атмосферные нейтрино.

1.1.4 Предсказание нейтринных пучков в экспериментах К2К и MiniBooNe.

1.2 Описание установки HARP.

1.2.1 Пучок для эксперимента HARP.

1.2.2 Детекторы пучковой части.

1.2.3 Триггерные детекторы.

1.2.4 Спектрометр больших углов

1.2.5 Спектрометр малых углов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Калибровка времяпроекционной камеры эксперимента HARP и измерение сечений рождения адронов в адрон-ядерных взаимодействиях на тантале и свинце для проектирования нейтринной фабрики»

Одной из наиболее важных задач современной физики элементарных частиц является создание новых высокоинтенсивных источников нейтрино известного состава с контролируемым спектром. Такие источники нужны для проведения ускорительных экспериментов по измерению вероятности осцилляций ь>ц —> ve и определению #13, по поиску CP-симметрии в лептон-ном секторе, решению проблемы иерархии масс и т.д. В настоящее время наиболее перспективными кандидатами на роль подобных источников являются мюониые накопительные кольца (нейтринные фабрики). Создание такого ускорительного комплекса требует решения многих технических задач, одной из которых является производство и фокусировка максимально интенсивного потока 7г-мезонов для получения достаточного количества мюонов, что в конечном итоге определяет интенсивность пучка нейтрино. Оптимизация мюонного источника требует выбора подходящего материала мишени и точного знания спектров и угловых распределений 7г-мезонов, образующихся в протон-ядерных взаимодействиях в мюонном источнике. Однако, точность имеющихся измерений по выходу вторичных пионов в протон-ядерных взаимодействиях при энергии 2-10 ГэВ/с явно недостаточна (неопределенность в 2 раза).

Задачей эксперимента HARP является прецизионное систематическое измерение инклюзивных дважды дифференциальных сечений рождения адронов во взаимодействиях протонов и заряженных пионов с ядрами.

Целью данной диссертационной работы является измерение инклюзивных дважды дифференциальных сечений рождения адронов во взаимодействиях протонов и заряженных пионов (тг+, 7г—) с импульсами от 3 до 15 ГэВ/с с тонкими мишенями толщиной 5% от длины ядерного взаимодействия, изготовленными из тантала и свинца. Атомные массы тантала (А = 181,0) и свинца (А = 207,2) близки к атомной массе ртути (А = 200,6) и вольфрама (А = 183,84), которые, как и сам тантал, являются кандидатами для использования в качестве мишени источника пионов нейтринной фабрики. Поэтому измерения выходов вторичных адронов на этих мишенях представляют несомненный интерес.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях /1, 2, 3, 4/.

Диссертация состоит из четырех глав.

Первая глава содержит описание физических целей эксперимента HARP и общее описание детектора. Вторая глава содержит описание процедуры калибровки время-проекционной камеры. Третья глава заключает в себе информацию о реконструкции событий в ТРС эксперимента HARP и описание метода идентификации вторичных частиц. Четвертая глава посвящена результатам измерения инклюзивных дважды дифференциальных сечений рождения вторичных адронов во взаимодействиях пучковых адронов с ядрами тантала и свинца.

1. Эксперимент HARP

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Большакова, Анастасия Евгеньевна

Заключение

1. Детектор HARP был построен для проведения программы систематических точных измерений рождения адронов во взаимодействиях протонов и пионов с энергиями от 1, 5 ГэВ/с до 15 ГэВ/с с различными ядерными мишенями. Эти измерения необходимы для расчета характеристик протонного ускорителя проекта нейтринной фабрики и для уточнения работы программ-генераторов адронных взаимодействий. Детектор HARP состоит из детекторов пучковой части, триггерных детекторов, спектрометра больших углов и спектрометра малых углов. В данной работе анализировались данные, полученные с помощью спектромера больших углов. Он состоит из время-проекционной камеры (ТРС) и плоских резистивных камер (RPC), расположенных внутри соленоидального магнита.

2. Задача измерения сечений с точностью ~5% (точность, необходимая для оптимизации источника пионов нейтринной фабрики) требует абсолютной точности измерения импульса вторичных частиц лучше, чем 2%. Для достижения такой точности на установке HARP были изучены искажения треков во время-проекционной камере. Выявлено два типа искажений треков: статические и динамические. Разработан метод коррекции этих искажений. Коррекция искажений по координате г • ф во всем объеме ТРС проведена с точностью лучше, чем 300 мкм. Разрешение по поперечному импульсу рт составило 20-25% при рт = 1 ГэВ/с. Абсолютная точность измерения импульса лучше 2 %.

Основные характеристики ТРС, полученные после калибровки, сведены в Таблицу 4.4.

Наименование Значение

Разрешение по г • ф, мм Разрешение 1/рт, (ГэВ/с)-1 Разрсшение по z, мм Разрешение по в для 60°, мрад Разрешение по dE/dx, % 0,6 - 2,4 0,20 - 0,25 ~3,5 -16

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Большакова, Анастасия Евгеньевна, 2011 год

1. V. Ammosov et al., Nucl. 1.strum. Methods Phys. Res. A588 (2008) 294

2. A. Bolshakova et al., Eur. Phys . J. C63 (2009) 549

3. A. Bolshakova et al., Eur. Phys. J. C66 (2010) 57

4. V. Ammosov et al., Nucl. Instrum. Meth. A 588, 321 (2008).

5. M.G. Catanesi et al., CERN-SPSC/99-35, SPSC/P315 (1999).

6. M.G. Catanesi et al., CERN-SPSC/2004-018, SPSC-M-717 (2004).

7. Indications of Neutrino Oscillation in a 250 km Long-baseline Experiment. Phys. Rev. Lett. 90(2003)041801.

8. Eric A. Hawker The Status of MiniBooNE. P-25, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM 87545, USA.

9. R. B. Palmer, С. Johnson and E. Keil, "A Cost-effective design for a neutrino factory," Nucl. Instrum. Meth. A 451, 265 (2000).

10. S. Geer, C. Johnstone and D. Neuffer, "Muon Storage Ring Neutrino Source: The Path to a Muon Collider?," FERMILAB-TM-2073, (1999).

11. Simone Silvao Gilardony, Study of particle production and capture for a Neutrino Factory, (CERN-THESIS-2004-046).

12. С. Prior, К. Long, R. Edgecock, J. Pasternak and J. Pozimski, ICFA Beam Dyn. Newslett. 51, 61 (2010).

13. R. Edgecock, J. R. J. Bennett, S. Brooks, G. P. Skoro, C. N. Booth and J. J. Back, In the Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference: IPAC'10, Kyoto, Japan, 23-28 May 2010, pp 4263-4265.

14. J.R.J Bennett et al., J. Nucl. Mater., 318 (2003) 56.15. http://hepunx.rl.ac.uk/uknf/wp3/targeteng/

15. H.G. Kirk, et al., A high-power target experiment at the CERN PS, 2007, IEEE PARTICLE ACCELERATOR CONFERENCE, VOLS 1-11, Pages: 1216-1218.17