Система многопроволочных дрейфовых камер с анодным и катодным съемом информации в эксперименте GlueX тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.01, кандидат наук Бердников, Владимир Викторович

• Бердников, Владимир Викторович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Бердников, Владимир Викторович

Содержание

Содержание

Введение

Глава 1. Описание эксперимента ИиеХ

1.1) Постановка эксперимента

1.2) Центральные цилиндрические дрейфовые камеры

1.3) Многопроволочные плоские дрейфовые камеры

1.4) Сверхпроводящий магнит

1.5) Жидководородная мишень

1.6) Баррель калориметр

1.7) Форвард калориметр

1.8) Стартовый счетчик

1.9) Время - пролетная система

1.10) Триггер и система сбора данных эксперимента ИиеХ

Глава 2. Многопроволочные дрейфовые камеры ББС в эксперименте ИиеХ

Введение

2.1) Расположение детектора в составе спектрометра 01иеХ

2.2) Проволочная плоскость

2.3) Катодная плоскость

2.4) Электроника расположенная непосредственно на корпусе детектора

2.5) Модули сбора данных с дрейфовых камер

2.5.1) Аналого-цифровые преобразователи

2.5.2) Время-цифровые преобразователи

2.6) Газовая система

2.7) Система охлаждения

2.8) Высоковольтное питание

2.9) Низковольтное питание

Заключение

Глава 3. Сборка, установка в магнит и тестирование детектора ББС

Введение

3.1) Сборка детектора и первичные тесты

3.1.1) Схема сборки пакета камер в чистой комнате

3.1.2) Съем информации с катодных стрипов камеры

3.1.3) Тест камер с радиоактивным источником и на комическом излучении

3.1.4) Исследование и решение проблемы шумов

3.1.5) Ислледование и решение проблеммы коррозии

3.2) Подключение детектора

3.2.1) Схемы подключения низковольтных разьемов

3.2.2) Схемы подключения сигнальных кабелей

3.2.3) Заземление детектора

3.3) Тестирование детектора с DAQ системой

3.3.1) Схема экспериментальной установки

3.3.2) Решение проблемы "пропадающих" каналов

3.3.3) Измерение эффективности и пространственного разрешения на космическом излучении

3.3.4) Коррекция коэффициентов усиления катодных стрипов

3.3.5) Калибровка пакета камер на мюонах космического излучения

3.4) Транспортировка, подключение и установка детектора в сверхпроводящий

магнит

Заключение

Глава 4. Работа камер в составе установки GlueX на пучке ускорителя

4.1) Калибровка катодных стрипов на пучке ускорителя

4.2) Первые результаты работы системы камер в составе экспериментальной установки

GlueX

Заключение

Глава 5. Модифицированные дрейфовые камеры как детектор для идентификации

частиц

Введение

5.1) Модифицированные дрейфовые камеры

5.2) Измерение коэффициента диффузии электронов в модифицированной дрейфовой камере

5.3) Тест камер на мюонах космического излучения с использованием осциллографа

5.4) Эксперимент на мюонах космического излучения с DAQ системой

5.5) Garfield моделирование системы детекторов

Заключение к главе 5

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Система многопроволочных дрейфовых камер с анодным и катодным съемом информации в эксперименте GlueX»

Введение

Конфаймент кварков в адронах является уникальной особенностью квантовой хромодинамики, и понимание его природы требует изучения свойств глюонного поля, ответственного за связь кварков в адронах, что является одной из важнейших и сложнейших задач современной физики частиц [1].

Простейшей комбинацией кварков является связанное состояние кварка с антикварком, называемое мезоном. Система, состоящая из кварк-антикварковой пары и одного или

нескольких глюонов, называется гибридным мезоном. Мезоны, содержащие легкие

PC

кварки u, d и s, группируются в нонеты в соответствии с квантовыми числами J , где J-суммарный спин кварков, P-пространственная четность, С-зарядовая четность. К таким мезонам относятся пионы, каоны и многие другие, более тяжёлые состояния. Для мезонов, состоящих из кварк-актикварковой пары в рамках кварковой модели возможны только определенные комбинации квантовых чисел J . Такие квантовые числа как 0--, 0+1 + и 2+ запрещены кварковой моделью и относятся к разряду экзотики. В гибридном мезоне такие состояния могут возникать в результате возбуждения глюонной связи между кварками, ответственной за конфайнмент. Одним из лучших способов экспериментального изучения природы конфаймента является поиск гибридных мезонов с экзотическими квантовыми числами.

Поиск экзотических состояний гибридных мезонов является одним из важнейших направлений современной физики высоких энергий. Современные расчеты на решетках в квантовой хромодинамике (lattice QCD) предсказывают существование экзотических гибридных мезонов с квантовыми числами JPC = 0+-, 1-+ и 2+- в интервале масс (1.8-2.8) ГэВ/с2. В данной области физики большие надежды возлагаются на прецизионные эксперименты с использованием фотонных пучков на сильноточных электронных ускорителях.

Эксперимент GlueX [2] на резонансном микротроне CEBAF [3] лаборатории Томаса Джефферсона посвящен наблюдению экзотических мезонов в реакции фоторождения при взаимодействии линейно поляризованного пучка фотонов с энергией 9 ГэВ с жидководородной мишенью. В этих условиях линейно поляризованный фотон можно представить в качестве виртуальной системы кварк-антикварк с параллельными спинами [4]. Возбуждение глюонной связи в такой системе может приводить к образованию

экзотических мезонов с запрещенными квантовыми числами. В эксперименте

1 -+ 2 предполагается наблюдать состояние 1 с массой порядка (1600±50) МэВ/с в реакции

YP ^ X ! р, с последующими распадами X ! ^ П ! П 0 П 0 или X ! ^ П ! П ~ П

Фотонный пучок формируется в результате когерентного тормозного излучения электронов с энергией 12 ГэВ на ориентированной кристаллической структуре тонкого (~ 20 мкм) алмазного радиатора.

Для регистрации экзотических мезонов необходима установка, окружающая мишень и включающая трековую системы, электромагнитные калориметры и систему идентификации частиц. Установка должна восстанавливать траектории заряженных частиц, вылетающих в интервале углов до 200, с координатной точностью не хуже 150 мкм, измерять импульс с точностью 3% и энергию фотонов от распада U0 с точностью Необходима также надежная идентификация пионов (режекция

пионов к каонам и протонам не хуже 10 к 1). Статистически необходимый объем данных для исследования экзотических состояний достигается при потоке «меченых» фотонов ~ 108 у/сек с энергией 9 ГэВ.

При данной постановке эксперимента дополнительным условием к трековой системе является минимизация вещества как в активной области системы, так и на периферии, что должно выполняться в комбинации с возможностью системы работать в условиях больших загрузок до ~ 20 кГц/см2. Количество «ложных» треков, при условии больших загрузок, должно быть минимально. Необходимо отметить, что эффективность системы не должна зависеть от загрузок, связанных с электромагнитным фоном.

Наименее затратной и эффективной системой, выполняющей подобные физические задачи, являются дрейфовые камеры.

Прародителями дрейфовых камер считаются многопроволочные пропорциональные камеры. Первые детекторы данного типа, в их современном представлении, были разработаны и исследованы Шарпаком и его коллегами в 1967-1969 г. г. [5]. Этот прибор повсеместно стал использоваться в ядерно-физических экспериментах, так как обладал хорошим временным и пространственным разрешением, а также возможностью работы в режиме самозапуска [6]. В настоящее время подобные детекторы широко используются как в прикладных задачах, так и для решения фундаментальных вопросов современной физики.

Одновременно с внедрением пропорциональных камер в физический эксперимент в

1968 году, авторы нового прибора отметили, что временная информация может быть использована для определения координат, и первые исследования были проведены в

1969 году группой ученных Bressani, Charpak, Rahm, Zupancic [7]. Первой дрейфовой камерой, с электрической схемой и возможностью чтения информации, является прибор созданный Walenta, Heintze, Schurlen в 1971 [8]. С тех пор дрейфовая камера является

незаменимым инструментом в экспериментах на ускорителях. Дрейфовые камеры можно разделить на три типа по геометрии детектора: плоские, цилиндрические, сферические.

Конструктивные элементы камеры с плоской геометрией подобны тем, что используются при изготовлении многопроволочных пропорциональных камер, то есть катодные проволочки расположены в двух параллельных плоскостях, а в центре между ними натянуты анодные (сигнальные) нити. Между анодными нитями могут быть расположены потенциальные проволочки или потенциальные полоски [9].

Цилиндрические дрейфовые камеры выполнены таким образом, что сплошное заполнение цилиндрического объема обеспечивают дрейфовые ячейки гексогональной структуры [10]. Отличительной особенностью таких камер является малая радиационная толщина, что является одним из основных требований для работы на электрон-позитронных коллайдерах. В центре каждой ячейки обычно располагается сигнальная проволочка из сплава вольфрама, диаметром около 20 мкм, а по углам шестигранных ячеек расположены потенциальные проволочки большего ~ 80 мкм диаметра.

Сферические дрейфовые камеры представляющие собой сферу в разрезе, могут состоять из большого количества проволочных детекторов типа «строу» или объединять сигнальные и полевые проволочки в едином газовом объеме [11]. Каждая чувствительная (анодная) проволочка обеспечивает измерение двух координат трека заряженной частицы,

а также энергетические потери —.

Важно отметить, что в последние двадцать лет разработка и оптимизация дрейфовых камер сильно зависит от моделирования физических процессов в детекторе на вычислительных машинах. Для решения поставленных задач Робом Веенхофом написана программа GARFIELD CERN [12-13], которая широко используется при разработке дрейфовых камер. В дополнение к этой программе Игорем Смирновым написан пакет HEED [14], дополнительный пакет MAGBOLTZ [15] написан Стивом Биаги. Программа GARFIELD с интегрированным в него HEED и MAGBOLTZ позволяет полностью моделировать работу дрейфовых камер, от момента образования кластеров первичной ионизации до выходного сигнала с предусилителя детектора.

Как показывают расчеты, наиболее подходящей для эксперимента GlueX системой являются плоские многопроволочные дрейфовые камеры с анодным и двусторонним катодным съемом данных.

Трековая система, состоящая из многопроволочных дрейфовых камер с анодным и катодным чтением информации в эксперименте GlueX или FDC [16], обеспечивает высокую эффективность регистрации треков заряженных частиц (~ 96%) при загрузках

~ 10 кГц/см2, а оригинальные решения, использованные при построении детектора, обеспечивают минимальное количество вещества в активной области и на периферии прибора.

В ходе экспериментов по изучению физических характеристик детектора с использованием космического излучения и на пучке ускорителя возникла необходимость усовершенствовать методику сборки камер, связанную с минимизацией вещества, а также произвести коррекцию коэффициентов усиления катодных стрипов.

Для выполнения физической программы эксперимента необходимо разделение пионов и каонов с режекцией не менее 10 к 1. Спектрометр ИиеХ позволяет разделять частицы в диапазоне импульсов до 1.5 ГэВ/с. Интересующий диапазон импульсов частиц в эксперименте составляет (1-8) ГэВ/с, и система, работающая в данном диапазоне, еще не интегрирована в эксперимент. Среди возможных вариантов такой системы выделяются детекторы, работающие по методике счета кластеров первичной ионизации. Детекторы собранны на базе многопроволочных дрейфовых камер с увеличенным газовым промежутком.

В ходе исследовательской работы по изучению возможности использования модернизированных многопроволочных дрейфовых камер в системе идентификации частиц потребовалось экспериментально показать возможность счета кластеров первичной ионизации и провести моделирование режекционной способности системы из шестнадцати камер.

В диссертации описаны основные инженерные особенности детектора, проблемы, вызванные данными особенностями, и пути их решения, которые были выбраны при сборке детектора. Представлены основные физические характеристики прибора, полученные на космическом излучении, а также на пучке ускорителя СББАБ. Продемонстрирован метод коррекции коэффициентов усиления катодных стрипов детектора. Исследована возможность использования многопроволочных дрейфовых камер ББС в качестве системы идентификации частиц.

Цель работы

Основной целью работы является разработка и создание системы трековых детекторов для регистрации заряженных частиц от взаимодействия продольно поляризованных фотонов с жидководородной мишенью в эксперименте 01иеХ. Система должна регистрировать координаты треков заряженных частиц в интервале углов 0 - 20

4 2 1

с точностью ~ 150 мкм при загрузке ~ 10 см сек . Допустимое количество вещества на пути частицы составляет ~ 1.6% радиационной длины.

Учитывая продолжительность работы детектора на пучке ускорителя (5 лет), необходимо создание метода контроля и коррекции разрешающей способности детектора без демонтажа его элементов.

При создании детектора необходимо предусмотреть возможность идентификации пионов с импульсом (2-8) ГэВ от распадов экзотических мезонов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Экспериментальное исследование возможности создания дрейфовой камеры с анодным и двусторонним катодно-стриповым съемом информации, содержащей 7*10-4 радиационной длины. Исследование и решение проблем, связанных со съемом информации с такого детектора и его долговечностью.

2. Разработка метода коррекции коэффициентов усиления катодных полосок (стрипов) созданных дрейфовых камер с использованием данных, набираемых при работе на фотонном пучке ускорительного комплекса CEBAF.

3. Экспериментальное исследование возможности идентификации пионов методом счета кластеров первичной ионизации в разработанных дрейфовых камерах с увеличенным дрейфовым промежутком. Разработка методики экспериментального вычисления коэффициента диффузии. Компьютерное моделирование системы и оценка режекционной способности с помощью пакета для симуляции дрейфовых камер GARFIELD CERN.

4. Испытание созданной трековой системы на пучке фотонов ускорителя в составе экспериментальной установки GlueX.

Научная новизна работы

1. Впервые создана трековая система из многопроволочных дрейфовых камер, отличающихся тем, что:

1.1. в многопроволочной дрейфовой камере кроме анодного реализован двусторонний катодно-стриповый съем данных, позволяющий работать в условиях загрузок

4 2 1

до 10 см сек .

1.2. с целью достижения точности в измерении импульса вторичных частиц ~ 3%, в условиях эксперимента, и минимизации влияния детектора на измерение энергии и определении места образования нейтральных пионов, суммарное количество вещества на пути частиц в 24х камерах составило ~ 1.6% радиационной длины.

2 Разработан новый метод коррекции коэффициентов усиления катодных стрипов детектора, позволяющий определить работоспособность системы детекторов в режиме реального времени и исключить влияние разброса коэффициентов усиления на

пространственное разрешение детектора. Этот метод, основанный на анализе формы распределения наведенного на катодные стрипы заряда в процессе работы камеры на пучке ускорителя, в отличие от традиционно применяемого метода калибровки с помощью радиоактивных источников или космических мюонов, не требует тестирования каждой из камер на специально созданном стенде.

3 Реализован метод измерения первичной ионизации в дрейфовой камере, позволяющий идентифицировать заряженные пионы в диапазоне импульсов (2-8) ГэВ/с. Отличительной особенностью метода является то, что для исключения вклада от электронов вторичной ионизации, считывающая система блокируется на время, определяемое диффузией электронов измеренной в той же камере.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

• соответствием измеренных характеристик (пространственное разрешение,

эффективность регистрации частиц) созданного детектора результатам расчета компьютерной модели эксперимента ИиеХ.

• совпадением результатов измерения масс элементарных частиц (Л, К8, р, Ю, ф, ...) с известными табличными значениями.

• совпадением измеренной доли поляризации, передаваемой линейно поляризованным фотоном векторному мезону, с теоретическими предсказаниями.

• соответствием наблюдаемых амплитуд сигналов проблемных каналов значениям полученных калибровочных коэффициентов, а также результатам расчета коэффициентов при случайно заданном (методом Монте-Карло) разбросе амплитуд.

• наблюдаемой Пуассоновской формой распределения числа кластеров на следе частицы и соответствием зарегистрированного числа кластеров результатам компьютерной симуляции в условиях эксперимента.

Практическая ценность результата работы заключается в следующем:

1. Результаты работы на пучке ускорительного комплекса СББАБ показали, что созданная система трековых детекторов на базе дрейфовых камер с двусторонним катодно-стриповым съемом информации, обеспечивает выполнение физической программы эксперимента ИиеХ. Подобные системы детекторов могут быть использованы в экспериментах, требующих измерения с высокой точностью импульсов и углов разлета частиц, вылетающих из мишени в переднем направлении.

2. Разработан и внедрен метод коррекции коэффициентов усиления катодных стрипов детектора. Результаты проведенной на пучке ускорителя коррекции коэффициентов

используются при наборе и обработке физических данных. Разработанный метод может быть использован в будущих экспериментах, содержащих дрейфовые камеры с двусторонним катодно-стриповым съемом информации.

3. Реализованный диссертантом метод измерение первичной ионизации в дрейфовой камере эксперимента в отличие от традиционно используемого в дрейфовых камерах измерения полной ионизации имеет существенное преимущество при идентификации релятивистских частиц.

Личный вклад соискателя

Все результаты получены соискателем лично, либо при его непосредственном участии:

1. Диссертант участвовал в создании и сборке всех дрейфовых камер и запуске их в сверхпроводящем магните эксперимента ИиеХ. Им решены проблемы минимизации вещества в рабочем объме детектора, проблема съема информации с катодных стрипов толщиной 2 мкм, проведена оценка времени старения детектора.

2. Диссертантом проведено измерение эффективности регистрации частиц и пространственного разрешения с помощью мюонов космического излучения и на пучке ускорительного комплекса СББАБ.

3. Разработан и испытан в работе на пучке ускорителя новый метод коррекции коэффициентов усиления катодных стрипов.

4. Экспериментально показана возможность измерения первичной ионизации в области релятивистского роста ионизационных потерь в дрейфовых камерах эксперимента 01иеХ. С помощью компьютерной симуляции показана возможность идентификации заряженных пионов в интервале импульсов (2-8) ГэВ/с.

Положения, выносимые на защиту

1. Создание системы трековых детекторов на базе многопроволочных дрейфовых камер с двусторонним катодно-стриповым съемом информации, для регистрации экзотических гибридных мезонов в эксперименте ИиеХ.

2. Результаты измерения физических характеристик созданных дрейфовых детекторов на мюонах космического излучения и на пучке ускорителя СББАБ при работе в составе экспериментальной установки ИиеХ.

3. Разработка нового метода и создание математического аппарата для коррекции коэффициентов усиления катодных стрипов дрейфовых камер с двусторонним катодно-

стриповым съемом информации для исключения влияния разброса коэффициентов усиления на пространственное разрешение детектора.

4. Реализация метода измерения первичной ионизации в модифицированных дрейфовых камерах эксперимента GlueX для идентификации продуктов распада экзотических мезонов. Результаты компьютерного моделирования режекционной способности системы идентификации частиц, основанной на методике счета кластеров первичной ионизации, с помощью пакета программ GARFIELD CERN.

Апробация работы

Основные результаты и выводы, содержащиеся в диссертации, докладывались и обсуждались:

• на рабочих совещаниях коллаборации GlueX (2012 г., 2013 г., 2014 г., 2015 г.,2016 г) в национальной лаборатории им. Томаса Джефферсона, Ньюпорт Ньюс, Вирджиния, США

• научных сессиях НИЯУ МИФИ - 2014 г., 2015 г., Москва, РФ на международных конференциях:

• APS DNP (American Physics Society Division of Nuclear Physics) - 2013 (октябрь 2013 г., Ньюпорт Ньюс, Вирджиния, США)

• XXII Международной научной конференции «Ломоносов» (апрель 2015 г., МГУ, Москва, РФ)

Сущность и новизна исследований, выполненных по теме данной диссертации, изложены в 7 печатных работах в периодических научных изданиях, включенных ВАК РФ в перечень ведущих рецензируемых научных журналов, из них 6 статей опубликованы в журналах, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus.

Глава 1. Описание эксперимента GlueX

1.1) Постановка эксперимента

Понимание роли глюонов в конфайнменте кварков - одна из важнейших и сложнейших задач современной физики частиц. Наиболее эффективным способом решения этой задачи является экспериментальное наблюдение мезонов, квантовые числа которых JPC запрещены кварковой моделью. Спектр этих состояний и отличие их масс от масс обычных мезонов дают уникальную информацию о конфайнменте. Такими состояниями могут быть: глюболы, тетракварки, гибридные мезоны.

К настоящему времени на П пучке зарегистрированы три экзотических резонанса с квантовыми числами 1" : (ni(1400), ni(1600) и ni(2015). Резонанс ni(1400) с распадом на ПП0 не согласуется с ожидаемой модой распада гибридного мезона, кроме того, масса резонанса меньше ожидаемой. Резонанс П1(1600) в большей степени совместим с гибридным мезоном. Он наблюдался коллаборациями VES [17-18] и E852 [19]. Однако канал рп является спорным. Впервые он был обнаружен в эксперименте E852, но был исключен дальнейшим анализом. Тем не менее, коллаборация COMPASS [20] подтвердила существование этого распада. Распад этого резонанса на три пиона в эксперименте CLAS [21] в реакции фоторождения не обнаружен. Третий кандидат в гибридные мезоны П1(2015) наблюдался в эксперименте E852 на недостаточной статистике.

Таким образом, проведения новых экспериментов для объяснения природы наблюдаемых экзотических состояний остается актуальным.

Образование экзотических мезонов существенно выше в реакции фоторождения с использованием линейно поляризованных фотонов. В результате могут сформироваться экзотические состояния 0 , 0+, 1 +, 2+. Поскольку сечение реакции ~ 1 мкб, т.е. на 4 порядка меньше сечения неупругого сильного взаимодействия, нужен высокоинтенсивный пучок линейно поляризованных фотонов. Такой фотонный зонд является виртуальной кварк-антикварковой системой с параллельными спинами.

Пучок продольно поляризованных фотонов получается при когерентном тормозном излучении электронов ускорительного комплекса CEBAF на ориентированной структуре тонкого алмазного радиатора. Продукты взаимодействия линейно поляризованного фотонного пучка с жидководородной мишенью регистрирует магнитный спектрометр GlueX.

Аппаратурную часть эксперимента ИиеХ можно разделить на две основные составляющие. Первой составляющей является линия формирования пучка линейно поляризованных фотонов, второй - спектрометр 01иеХ, регистрирующий взаимодействие фотонного пучка с жидководородной мишенью. Принципиальная схема линии фотонного пучка изображена на (Рис.1).

ЯиеХ

Рис.1. Схема линии фотонного пучка

Ускоритель CEBAF позволяет получить пучок поляризованных электронов энергией с 12 ГэВ и током до 3 мкА. Электроны взаимодействуют с алмазным радиатором, толщина которого составляет ~ 20 мкм. В результате когерентного тормозного излучения в радиаторе, расположенном под определенным углом к пучку электронов, небольшая часть (0,01%) электронов испускает фотоны. Электроны, пролетевшие без взаимодействия, отклоняются магнитом полем величиной 1.5 Тл и поглощаются в свинцовом блоке. Энергия фотонного пучка измеряется спектрометром меченых фотонов, состоящим из отклоняющего магнита, широкополосного годоскопа и микроскопа электронов. Электроны, передавшие часть своей энергии фотону, отклоняются магнитом и попадают в область экспериментального зала, где расположен широкополосный годоскоп. Годоскоп представляет собой набор из 217 счетчиков, состоящих из сцинтилляторов различной толщины, соединенных с фотоэлектронными умножителями. Годоскоп позволяет измерять энергию фотонов в области (3-9) ГэВ с разрешением ~ 0.1%.

Загрузка годоскопа составляет до 2.5*108 электронов в секунду. Данные, полученные с помощью спектрометра меченых фотонов, позволяют фокусировать электронный пучок с помощью сверхпроводящих магнитов на алмазный радиатор [22-23].

За годоскопом расположен микроскоп электронов, позволяющий измерять энергию электронов с разрешением ~ 5 МэВ в энергетическом интервале (8.4-9.1) ГэВ. Конструкция микроскопа позволяет перемещать детектор вдоль годоскопа, обеспечивая высокое энергетическое разрешение во всем диапазоне измеряемой энергии электронов. Микроскоп состоит из двумерного массива сцинтилляционных волокон с поперечным сечением 2*2 мм2. Волокна расположены в виде 102 рядов, соответствующих разным

углам отклонения электронов. Каждый ряд состоит из 5 волокон. Прозрачные волоконные световоды, прикрепленные к концам сцинтилляционных волокон, передают свет в область с низким радиационным фоном, где располагаются кремниевые фотоумножители (SiPM) [24].

Фотоны, образованные при тормозном излучении, пролетают около 70 метров из зала мишени в экспериментальный зал. В экспериментальном зале, пучок проходит через систему коллиматоров. Первый (или активный) коллиматор позволяет измерять профиль пучка и его положение по координатам X и Y. Второй коллиматор, с отверстием размером 3.4 мм, подавляет неполяризованную составляющую пучка, летящую под большими углами. За системой коллиматоров расположена защита, поглощающая электромагнитный фон. За свинцовой защитой расположен конвертор и магнитный спектрометр электрон-позитронных пар. Магнитный спектрометр позволяет измерить энергетический спектр линейно поляризованного фотонного пучка с разрешением ~ 30 МэВ. За спектрометром расположен дополнительный слой защиты от фонового излучения. Далее пучок фотонов попадает на жидководородную мишень длиной 30 см, расположенную внутри сверхпроводящего магнита спектрометра.

Установка GlueX представляет собой герметичный магнитный спектрометр, позволяющий регистрировать с высокой эффективностью, как заряженную компоненту продуктов распада, так и фотоны от распада кандидатов в экзотические состояния. Спектрометр состоит из сверхпроводящего магнита, с магнитным полем 1,8 Тл, системы регистрации треков заряженных частиц, электромагнитных калориметров и времяпролетной системы. На (Рис.2) изображена принципиальная схема установки.

Рис.2. Схема магнитного спектрометра эксперимента 01иеХ

Система регистрации треков состоит из двух подсистем дрейфовых камер разного типа, расположенных внутри магнита. Трековая система спектрометра перекрывает угол в 4п в широком диапазоне импульсов частиц и одновременно обладает достаточно высоким импульсным разрешением(~ 3%) для идентификации частиц.

Задачей калориметров является детектирование и измерение энергии фотонов от распада и П, которые могут быть продуктами распада экзотических или обычных мезонов, а также возбужденных барионов (N * или А*). Положение и энергия фотонов измеряются с высокой точностью для кинематического восстановления события.

Времяпролетная система позволяет идентифицировать заряженные частицы в диапазоне импульсов до 1.5 ГэВ/c.

1.2) Центральные цилиндрические дрейфовые камеры

Цилиндрические дрейфовые камеры CDC (Central Drift Chambers) [25] "строу" типа (Рис.3) окружают мишень и обеспечивают высокую разрешающую способность (150 мкм) по координатам р-ф. Разрешающая способность по координате z заметно ниже (1.5 мм), так как определяется расстоянием между соседними проволочками. Активную область детектора проходят частицы, летящие под углами от 6 ° до 168 Оптимальный диапазон регистрации частиц находится между 29 ° и 132

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бердников, Владимир Викторович, 2016 год

Список литературы:

1) Duff M.J. Top ten problems in fundamental physics// Strings MM, University of Michigan: Proceedings of the 2000 International superstring conference (Ed by M. J. Duff, James T. Liu, Jianxin Lu).

2) The GlueX Collaboration [Электронный ресурс]// режим доступа: www.gluex.org

3) Thomas Jefferson National Accelerator Facility [Электронный ресурс]// режим доступа: www.jlab.org

4) Isgur N. and Paton J. Flux-tube model for hadrons in QCD// Physical Review D. 31 (1985), p.2910.

5) Charpak G., Boucler R., Bressani T., Favier J. et all The use of multiwire proportional counters to select and localize charged particles// Nuclear Instruments and Methods in Physic Research Section A. 62 I.3. (1968), p.262.

6) Sauli F. Principles of operation of multiwire proportional and drift chambers// Lectures given in the academic training programme of CERN1975-76(CERN 77-09,Geneva 1977),in Experimental Techniques in High Energy Physics, ed. by T.Ferbel (Addison-Wesley, Menlo Park 1987)

7) Bressani T., Charpak G., Rahm D. and Zupancic C. Track localization by means of a drift chamber//Proceedings of the International Seminar on «Filmless Spark and Streamer Chambers» Joint Institute for Nuclear Research Dubna USSR. (1969), p.275.

8) Walenta A.H., Heintze J. and Schurlein B. The multiwire drift chamber, a new type of multiwire proportional chamber// Nucl. Instr. and Meth. Section A. 92(1971), p.373.

9) Dudarev A.V., Kruglov V.V., Nikitin M.V. Micro-Drift Chamber as a precise vertex detector for the DIRAC experiment// Nucl. Instr. and Meth. Section A. 607(2009), p.394

10) Hasemann M. dE/dX Measurements with Argus// Proceedings International Conference on Instrumentation for Colliding Beam Physics,SLAC. (1982), p.80.

11) Aulchenko V.M., Bogdanchikov A.G., Botov A.A. et all. SND tracking system—Tests with cosmic muons// Nucl. Instr. and Meth. Section A. 598 (2009), p.102.

12) Veenhof R. GARFIELD, а Drift Chamber Simulation Program Users Guide Version 4.29 [Электронный ресурс]// режим доступа:

http://lambda.phys.tohoku.ac.jp/~kobayash/seminar/files/cern/garfield.pdf

13) Veenhof R. GARFIELD, recent developments// Nucl. Instr. and Meth. Section A. 419 (1998), p.726.

14) Smirnov B. HEED version 1.01: Detailed Simulation of the Initial Ionization in Gases//CERN Computer Newsletter. 226 (1996), p.13.

15) Magboltz - transport of electrons in gas mixtures [Электронный ресурс]// режим доступа: http://magboltz.web.cern.ch/magboltz/

16) Pentchev L. and Zihlmann B. Forward Drift Chamber for the GlueX Experiment at the 12 GeV CEBAF Machine//AIP Conference Proceedings. 1336 (2011), p.565

17) The VES Collaboration [Электронный ресурс]//режим доступа: http://pcbech.ihep.su/ves/index1.shtml

18) Amelin D.V. et al. (VES Collaboration) Status of 0-+ in (Omega Pi-Pi0) and (Pi-Pi-Pi+) channels// Proceeding of the 7th International Conference on Hadron Spectroscopy, Brookhaven National Laboratory, USA, August 25-30.

19) Thompson D.R. et al (E852 Collaboration) Evidence for Exotic Meson Production in the Reaction П p^n n- p at 18GeV/c// Physical Review Letters. 79 (1997), p.1630.

20) The COMPASS Collaboration [Электронный ресурс]//режим доступа: https://wwwcompass.cern.ch/

21) The CLASS Collaboration [Электронный ресурс]//режим доступа: www.jlab.org//Hall-B/claschair/Clas_Chair_page.htm

22) Anthony I.,Kellie J., Hall S.,Miller G., and Ahrens J. Design of a tagged photon spectrometer for use with the Mainz 840-MeV microtron// Nucl. Instrum. and Meth. Section A. 301 (1991), p.230.

23) Hall S.,Miller G.,Beck R., and Jennewein P. A focal plane system for the 855-MeV tagged photon spectrometer at MAMI-B// Nucl. Instrum. And Meth. Section A. 368 (1996), p.698.

24) Buzhan P., Dolgoshein B., Filatov L., Ilyin A. et al. Silicon photomultiplier and its possible applications// Nucl. Instrum. And Meth. Section A. 504 (2003), p.48.

25) Van Haarlem Y., Meyer C., Barbosa F. et all The GlueX Central Drift Chamber Design and Performance// Nucl. Instr. and Meth. Section A. 622 (2010), p.142.

26) Alcorn J. S., Peterson H., and Lorant S. S. SLAC two-meter diameter, 25-kilogauss superconducting solenoid UAMH BINN// in Applied Superconductivity Conference, Instruments of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York; Stanford Univ., CA. (1972), p. 273.

27) Ballard J.,Biallas G.H., Brindza P., Carstens T. et al. Refurbishment and testing of the 1970's era LASS solenoid coils for Jlab's Hall D// AIP Conf. Proc.. 1434 (2011), p.861.

28) Leverington B.D., Lolos G.J., Papandreou Z., Hakobyan R. et al. Performance of the prototype module of the GlueX electromagnetic barrel calorimeter//Nucl.Instrum.Meth. Section A. 596(2008), p.327.

29) McNicoll G. A study of photon sensitivity in the Hall D detector// Tech. Rep. GlueX-doc-36, Carnegie Mellon University, 2000.

Режим доступа: http://argus.phys.uregina.ca/cgi-bin/private/DocDB/ShowDocument?docid=36

30) Kuhn J. and Meyer C. A. Acceptance Study for the GlueX detector system// Technical Report GlueX-doc-264 (2004)// режим доступа: http://argus.phys.uregina.ca/cgi-bin/private/DocDB/ShowDocument?docid=264

31) Papandreou Z., Brash E., Huber G., Kovaltchouk V. et al. Attenuation Length and Timing Resolution of Scintillating Fibers for Hall D//Tech. Rep. GlueX-doc-50, University of Regina, Oct., 2001.

режим доступа: http://argus.phys.uregina.ca/cgi-bin/private/DocDB/ShowDocument?docid=50

32) Brunner A., Crittenden R., Dzierba A., Gunter J., Gardner R. et al. A Cockcroft-Walton base for the FEU84-3 photomultiplier tube// Nucl. Instrum. Meth. Section A. 414 (1998), p.466.

33) Bennett J., Kornicer M., Shepherd M., and Ito M. Precision timing measurement of phototube pulses using a ash analog-to-digital converter// Nucl. Instr. and Meth. Section A. 622 (2010), p.225.

34) Moriya K., Leckey J., Shepherd M., Bauer K., Bennett D. et al. A measurement of the energy and timing resolution of the GlueX Forward Calorimeter using an electron beam//Nucl. Instrum. and Meth. Section A. 726 (2013), p.60.

35) Eljen Technology EJ-200 Plastic [Электронный ресурс]// режим доступа: http://www.eljentechnology.com/index.php/component/content/article/31-general/48-ej-200

36) Evonik Industries, About ROHACELL® [Электронный ресурс]// режим доступа: www.rohacell .com/product/rohacell/en/about/pages/default.aspx

37) Denisov S., Dzierba A., Heinz R., Klimenko A. et.al. Timing characteristics of scintillator bars// Nucl. Instrum. and Meth. Section A. 478 I.1-2, (2002) p.440. Proceedings of the ninth Int.Conf. on Instrumentation.

режим доступа: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900201017983

38) Denisov S., Dzierba A., Heinz R., Klimenko A. et al. Characteristics of the TOF counters for GlueX experiment// . Instr. and Meth. Section A. 494 (2002), p.495.

39) Denisov S., Dzierba A., Heinz R., Klimenko A. et al. Systematic studies of timing characteristics for 2-m long scintillation counters// Nucl. Instr. and Meth. Section A. 525 (2004), p.183.

40) Denisov S., Dickey J., Dzierba A., Gohn W., Heinz R., et al. Studies of magnetic shielding for phototubes// Nucl. Instr. and Meth. Section A. 533 (2004), p.467.

41) GlueX experiment document 2468-v.1 [Электронный ресурс]// режим доступа: http://argus.phys.uregina.ca/cgi-bin/public/DocDB/ShowDocument?docid=2468

42) GlueX experiment document 2214-v.1 [Электронный ресурс]// режим доступа: http://argus.phys.uregina.ca/cgi-bin/public/DocDB/ShowDocument?docid=2214

43) Eugenio P. Genr8 : A general monte carlo event generator// Tech. rep., Carnegie Mellon University, 1998.// peжим доступа:

http://argus.phys.uregina.ca/cgi-bin/public/DocDB/ShowDocument?docid=ll

44) The Geant Monte Carlo Program [Электронный ресурс]// режим доступа: https://geant4.web.cern.ch/geant4/

45) ePlastics G9 G10 FR4 Glass Epoxy Sheet [Электронный ресурс]// режим доступа: www.eplastics.com/Plastic/G9-G10-FR4-glass-epoxy-sheet

46) Barbosa F. The GAS-II/GPC-II GlueX Preamp Card Preliminary Test Results//GlueX-doc-1364.9 October 2009// режим доступа:

http://argus.phys.uregina.ca/cgi-bin/private/DocDB/ShowDocument?docid=1364

47) Barbosa F. FADC125 - VME64x Flash ADC Module Specifications//Tech. Report GlueX-doc-862// Режим доступа:

http://argus.phys.uregina.ca/cgi-bin/private/DocDB/ShowDocument?docid=862

48) COMPASS Collaboration, P. Abbon et al. The COMPASS experiment at CERN// Nucl. Instr. and Meth. Section A. 577 (2007), p.455.

49) CAEN Tools for discovery [Электронный ресурс]// режим доступа: www.caen.it

50) Дедович Д.В. и др. Прибор для измерения натяжения сигнальной проволочки в дрейфовых трубках// Сообщения ОИЯИ. Дубна. 2001. P13-2001-201.

51) GlueX experiment document 1430-v2. [Электронный ресурс]// режим доступа: http://argus.phys.uregina.ca/cgi-bin/public/DocDB/ShowDocument?docid=1430

52) Anisotropic Conductive Film 9703 Series [Электронный ресурс]// режим доступа: http://solutions.3m.com.hk/wps/portal/3M/zh_HK/electronics/home/productsandservices/product s/TapesAdhesives/AnisotropicConductiveFilm/

53) DuPontTM Viton® selection guide [Электронный ресурс]// режим доступа: https://www.chemours.com/Viton/en_US/assets/downloads/Viton-Selection-Guide.pdf

54) Apiezon L Grease [Электронный ресурс]// режим доступа: http://www.apiezon.com/products/vacuum-greases/l-grease

55) Barbour J.C., Sullivan J.P., Campin M.J. et al. Mechanisms of Atmospheric Copper Sulfidation and Evaluation of Parallel Experimentation Techniques// SAND2002-0699.March 2002.

Режим доступа: http://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc737238/m1/1/

56) Бердников В.В., Сомов С.В., Pentchev L., Zihlemann B. Дрейфовай камера для эксперимента по изучению природы конфаймента// Ядерная физика и инжиниринг. 4 №11 (2013), с.1001.

57) Бердников В.В., Сомов С.В., Pentchev L., Zihlemann B. Система дрейфовых детекторов с анодным и катодным съемом информации в эксперименте GlueX/Шриборы Техника Эксперимента. 1 (2015), с.32.

58) Mathieson E. Cathode charge distributions in multiwire chambers: 4. Empirical formula for small anode-cathode separation// Nucl. Instr. And Meth. Section A. 270 (1988), p.602.

59) Бердников В.В., Сомов С.В., Pentchev L., Somov A. Калибровка катодных стрипов многопроволочных дрейфовых камер эксперимента GlueX// Приб. Тех. Эксп.. 4 (2016), с.32.

60) Berdnikov V.V., Somov S.V., Pentchev L., Zihlemann B. The drift chamber for the experiment to study the nature of the confinement// Physics Procedia. 74C (2015), p.81.

61) Berdnikov V.V., Somov A.S., Somov S.V., Tolstukhin I.A. Study of the Nature of the Confinement in the GlueX Experiment// Physics Procedia. 74C (2015), p.86

62) Pentchev L., Barbosa F., Berdnikov V. et al. Studies with Cathode Drift Chambers for the GlueX experiment at Jefferson Lab// Nucl. Inst. and Meth. Section A//

режим доступа: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900216302893

63) Meyer C., Shepherd M., Chudakov E. et.al. First Results from The GlueX Experiment//Invited contribution to the Hadron 2015 Conference, Newport News VA, September 2015 // AIP Conf. Proc. 1735, 020001 (2016)

режим доступа: http://scitation.aip.org/content/aip/proceeding/aipcp/10.1063/1.4949369

64) Будагов Ю.А.,Мерзон Г.И., Ситар Б. и Чечин В.А.. Ионизационные измерения в физике высоких энергий. - М. Энергоиздат, 1988.

65) Cataldi G., Grancagnolo F., S. Spagnolo Cluster counting in helium based gas mixtures// Nucl. Instr. and Meth. Section A. 386 (1997), p.458.

66) Walenta A. N. The time expansion chamber and single ionization cluster measurement// IEEE Transаctions on Nuclear Science. NS-26 (1979), p.73.

67) Davidenko V.A., Dolgoshein B.A., Semenov V.K. and Somov S.V. // Nucl. Instr. and Meth. Section A. 67 (1969), p.325.

68) Бердников В.В., Сомов С.В. и Pentchev L. Применение метода счета кластеров для идентификации частиц в дрейфовой камере с катодно-стриповым съемом информации// Приб. Техн. Эксп.. 4 (2015),. с.32.