ebeams

Projekt LA316: Účast na experimentu CBM
doba řešení: 2007-2010
Příjemce účelové podpory: Ústav jaderné fyziky AV ČR, v.v.i.
Řešitel projektu: RNDr. Pavel Tlustý, CSc.
Spolupříjemce účelové podpory: FJFI, ČVUT
Spoluřešitel projektu: RNDr. Vojtěch Petráček, CSc.
Splněné dílčí cíle projektu
Cílem projektu je účast českých fyziků a studentů z ÚJF Řež a FJFI na plánování a
přípravě experimentu CBM na novém urychlovacím komplexu FAIR v GSI Darmstadt.
Podle plánu se naše činnost v roce 2009 soustředila na dva úkoly:
•
•
•
Příprava experimentů na detektoru HADES ve škále energií 2-10 AGeV plánovaných
v první fázi projektu CBM-FAIR.
Účast na vývoji křemíkového dráhového detektoru STS („silicon tracker system“) pro CBM.
Propagace projektu CBM a FAIR v ČR.
The international Facility for Antiproton and Ion Research
primary beams
SIS100/SIS300
SIS18
CBM
HESR
GSI
Accelerator
Facilities
PP
Super- FRS
PANDA
AP
NUSTAR
CR
• 5∙1011/s; 1.5-2 GeV/u; 238U28+
• factor 100-1000 increased intensity
• 4x1013/s 90 GeV protons
• 1010/s 238U 35 GeV/u ( Ni 45 GeV/u)
secondary beams
• rare isotopes 1.5 - 2 GeV/u;
factor 10 000 increased intensity
• antiprotons 3(0) - 30 GeV
NESR
storage and cooler rings
• beams of rare isotopes
• e – A Collider
accelerator technical challenges
•Rapidly cycling superconducting magnets
•high energy electron cooling
•dynamical vacuum, beam losses
• 1011 stored and cooled antiprotons
0.8 - 14.5 GeV
CBM
8 – 45 AGeV
HADES
2 – 8 AGeV
Simulace - HADES
V roce 2009 jsme se pokračovali v simulacích experimentů HADES do energie svazku
8 AGeV:
• zdroj částic – generátor UrQMD
• realistická simulace odezvy detektoru HADES (pomocí programu GEANT3)
• multiplicita nabitých částic měřených v detektorech RPC a TOF – rychlý signál pro
trigger první úrovně
Výběr centrálních reakcí pomocí „měřené“ multiplicity nabitých částic pro reakci Ni+Ni
při energii 8 AGeV:
Výběr 30% centrálních reakcí
Vývoj prototypu elektromagnetického
kalorimetru pro HADES
Motivace
• HADES bude měřit πº, η → γ γ výtěžky
společně s di-elektronovými daty (2 - 8 AGeV)
• zlepšení elektron / pionového rozlišení pro velké hybnosti
Konstrukce
• aktivní povrch 8 m2
• Moduly z olověného skla (OPAL)
Spolupráce s
INR Moscow, GSI, JU Cracow
Optické dílny MFF UK
HADES & EMC
ElectroMagnetic Calorimeter (EMC) will replace the HADES Pre-Shower detector
(18º< Θ< 45º).
Side View
EMC
RPC
START
The total area required for a HADES calorimeter
amounts to about 8m2 !!
Design
•
•
•
Number of modules
150x6=900
Mass of one module of lead-glass
14 kg
Total mass of cal.
12600 kg
E. Lisowski, TU Krakow
Detector modules
number
lightguide,
wrapping
glass wrapping
PMT
1
lead glass, mylar
mylar
EMI9903KB
2
lead glass, paper
paper
EMI9903KB
3
NO
mylar
EMI9903KB
4
NO
paper
EMI9903KB
5
NO
mylar
HAMAMATSU1949
EMI9903KB: 1.5” tube from MIRAC (WA98)
H1949:
2.5” tube from HADES Tofino
Lead glass dimensions: 9.2 x 9.2 x 42 cm
Photon Beam Setup @ MAMI
Left up:
test setup
Left down: crew
Right:
detail with detectors,
movable table and beam halo
(looking in beam direction)
Measured γ spectra
ALL
E= 1399MeV
E= 1210MeV
E= 1021MeV
E= 831MeV
E= 676MeV
E= 452MeV
E= 261MeV
E= 72.1MeV
ADC channel
Ee=1508 MeV, γ energy spread <= 1%, det. module No.1
Resolution vs. Energy
Ee= 855 MeV
resolution ~ k . 1/sqrt(E)
Vývoj detektoru STS
•
Příprava uplatnění zkušeností získaných při práci s detektory MAPS pro detektor HFT
experimentu STAR v experimentu CBM.
•
Příprava konstrukce křemíkového dráhového detektoru, zejména s ohledem na řídící
systém.
•
Zapojení do přípravy fyzikálního programu: V průběhu roku jsme začali přípravu
fyzikálního programu, který bychom chtěli na experimentu studovat. Kromě primárního
zájmu o produkci půvabných mesonů (D), se budeme věnovat i studiu kolektivních
toků a fluktuací v produkci částic při jaderné srážce a rovněž jaderným efektům při p-p
a p-A srážkách.
Plán na rok 2010
• Pokračování v práci na přípravě experimentů
HADES. Přitom se soustředíme na simulace s
doplněním el.-mag. kalorimetru a test prototypu.
• V oblasti vývoje detektoru STS, je dalším
plánovaným krokem vývoj verze řídícího
systému a zapojení do přípravy fyzikálního
programu.
• Dále se členové obou skupin zúčastní
pravidelných meetingů spolupráce CBM.
Finanční prostředky
2007 2008 2009 2010 CELKEM
CELKEM
INVESTICE
OSTATNÍ
150 205 283 283
0
0
0
0
150 205 283 283
921
0
921
Talks:
XIII International Conference on Hadron Spectroscopy (Hadron2009), Tallahassee, USA,
November 29 - December 4, 2009
A.Kugler: Studying hadron properties in baryonic matter (HADES@GSI and HADES@FAIR)
Workshop on Nuclear matter Physics at SIS100, GSI Darmstadt, April 2009
P. Tlusty: Hadron measurements with HADES
https://www.gsi.de/documents/FOLDER-9871240454693.html
HADES XX Coll.meeting, Sesimbra, May 2009
P. Tlustý: Calorimeter for HADES at SIS100-plans and current status
Publications:
A/ journals
The High-Acceptance Dielectron Spectrometer HADES.
By HADES Collaboration (G. Agakishiev et al.). 70pp.
Published in Eur.Phys.J.A41:243-277,2009.
e-Print: arXiv:0902.3478 [nucl-ex]
B/ Proceedings
Future perspectives at SIS-100 with HADES-at-FAIR.
By HADES Collaboration (I. Frohlich et al.). Jun 2009. 7pp.
Invited talk at 47th International Winter Meeting on Nuclear Physics, Bormio, Italy, 26-30 Jan 2009.
e-Print: arXiv:0906.0091 [nucl-ex]
CBM: The Experiment
Muon-(hadron) setup
Electron-hadron setup
TOF
ECAL
TOF
TRDs
TRDs
RICH
MVD
+
STS
MUCH
MVD
+
STS
ECAL
Facility for Antiproton and Ion Research
@ GSI Darmstadt
SIS 100
p < 90 GeV SIS 300
ions up to U < 45 AGeV
SIS 18
CBM
FAIR
2015
GSI today
Start of construction:
First experiments:
Completion, CBM:
International project:
Observers:
2007
2012
2015
Costs & Funding:
~1.2 billion € – 65% Germany,
10% State of Hesse, 25% Int. Partners
Diagnostic probes
U+U 23 AGeV
Research programs at FAIR
Rare isotope beams: nuclear structure and nuclear astrophysics
nuclear structure far off stability
nucleosynthesis in stars and supernovae
Beams of antiprotons: hadron physics
quark-confinement potential
search for gluonic matter and hybrids
hypernuclei
Nucleus-nucleus collisions: compressed baryonic matter
baryonic matter at highest densities (neutron stars)
phase transitions and critical endpoint
in-medium properties of hadrons
Short-pulse heavy ion beams: plasma physics
matter at high pressure, densities, and temperature
fundamentals of nuclear fusion
Atomic physics, FLAIR, and applied research
highly charged atoms
low energy antiprotons
radiobiology
Accelerator physics
high intensive heavy ion beams
dynamical vacuum
rapidly cycling superconducting magnets
high energy electron cooling
Extreme states of strongly interacting matter
baryons
Compression +
hadrons
heating
partons
= quark-gluon matter
(pion production)
Core collapse supernovae,
Early universe
Neutron stars
Compressed Baryonic Matter:
physics topics and observables
The equation-of-state at high ρB
 collective flow of hadrons
 particle production at threshold energies (open charm)
Deconfinement phase transition at high ρB
 excitation function and flow of strangeness (K, Λ, Σ, Ξ, Ω)
 excitation function and flow of charm (J/ψ, ψ', D0, D±, Λc)
 sequential melting of J/ψ and ψ', charmonium suppression
QCD critical endpoint
 excitation function of event-by-event fluctuations (K/π,...)
Onset of chiral symmetry restoration at high ρB
 in-medium modifications of hadrons (ρ,ω,φ →e+e-(μ+μ-), D)
CBM Physics Book in preparation
Experimental challenges
Central Au+Au collision at 25 AGeV:
URQMD + GEANT4
160 p
400 π400 π+
44 K+
13 K-
 up to 107 Au+Au reactions/sec
(beam intensities up to 109 ions/s
with 1 % interaction target)
 determination of (displaced) vertices
with high resolution (≈ 50 µm)
 identification of leptons and hadrons
Dilepton Sources in Heavy-Ion Collisions
Benchmark for MVD and STS performance:
D mesons from Au+Au collisions at 25 AGeV
Track reconstruction:
• realistic magnetic field,
• 2 MAPS, 2 hybrid pixel, 4 strips
• proton identification required
D production cross sections from HSD
25 AGeV Au+Au from UrQMD
minimum bias collisions
cτ(D0)= 123 μm
5 cm first MAPS, cτ(D+)= 317 μm
D+
120k DO + 80k D+ + 160k D- = 360k D-mesons in 1012 min. bias Au+Au collisions
with 0.2 MHz reaction rate → 60 days
(limited by radiation hardness of Micro-Vertex Detectors)
The CBM experimental program
Observables:
Penetrating probes: ρ, ω, ϕ, J/ψ → e+e- (μ+μ-)
Strangeness: K, Λ, Σ, Ξ, Ω,
Open charm: Do, D±, Ds, Λc,
global features: collective flow, fluctuations, ..., exotica
Systematic investigations:
A+A collisions
p+A collisions
p+p collisions
Beam energies
from 8 to 45 (35) AGeV, Z/A=0.5 (0.4)
from 8 to 90 GeV
from 8 to 90 GeV
up to 8 AGeV: HADES
Detector requirements
Large geometrical acceptance (azimuthal symmetry !)
good hadron and electron identification
excellent vertex resolution
high rate capability of detectors, FEE and DAQ
Large integrated luminosity:
High beam intensity and duty cycle,
Available for several month per year
CBM Collaboration : 46 institutions, ~ 400 Members
Croatia:
RBI, Zagreb
China:
Wuhan Univ.
Hefei Univ.
Cyprus:
Nikosia Univ.
Czech Republic:
CAS, Rez
Techn. Univ. Prague
France:
IReS Strasbourg
Hungaria:
KFKI Budapest
Eötvös Univ. Budapest
India:
IOP Bhubaneswar
Univ. Chandighar
IIT Kharagpur
VECC Kolkata
SAHA Kolkata
Univ. Varanasi
Korea:
Romania:
Korea Univ. Seoul
NIPNE Bucharest
Pusan National Univ.
Russia:
Norway:
IHEP Protvino
Univ. Bergen
INR Troitzk
Germany:
ITEP Moscow
Univ. Heidelberg, Phys. Inst. KRI, St. Petersburg
Univ. HD, Kirchhoff Inst.
Kurchatov Inst., Moscow
Univ. Frankfurt
LHE, JINR Dubna
Univ. Kaiserslautern
LPP, JINR Dubna
Univ. Mannheim
LIT, JINR Dubna
Univ. Münster
MEPHI Moscow
FZ Rossendorf
Obninsk State Univ.
GSI Darmstadt
PNPI Gatchina
Poland:
SINP, Moscow State Univ.
Jag. Univ. Krakow
St. Petersburg Polytec. U.
Warsaw Univ.
Ukraine:
Silesia Univ. Katowice
Shevshenko Univ. , Kiev
Nucl. Phys. Inst. Krakow
Portugal:
LIP Coimbra
Supported by EU FP6