IIT karagpur

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.
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.
•
•
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,
a příprava analýzy fyzikálních dat.
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
Di-electrons at SIS100 (2-10 AGeV),
motivation
 No di-electron data exist in this energy range
 Extension of the HADES physics program
 Enhance production of Vector Mesons:
SIS18  SIS 100
subthreshold production  above threshold
better signal, precise line shape determination
reference data for SIS300
30AGeV
11AGeV
2AGeV
S. Vogel et al.Phys. Rev. C78 044909 (2008)
4
Simulace - HADES
Simulace experimentů na FAIR - SIS100 pro systém Ni+Ni a Au+Au do energie svazku
8 AGeV
•
•
•
•
akceptance detektoru
studium reakčního trigru
výtěžky dileptonů
dileptonové spektrum
Simulace HADES - akceptance
•
•
•
zdroj částic – elektron-pozitronových párů - Monte-Carlo generátor PLUTO
Pro hadrony „bílý generátor“ a UrQMD
realistická simulace odezvy detektoru HADES (pomocí programu GEANT3)
Rozdělení příčných hybností (v MeV/c) versus rapidita pro mezon omega generovaný
programem PLUTO (horní obrázky) a obdobné rozdělení pro mezony omega
rekonstruované z leptonů detekovaných spektrometrem HADES (spodní obrázky) pro
2A GeV (vlevo) a 8A GeV (vpravo)“
Pokles akceptance pro
leptony o 35%,
pro hadrony o 20%
Simulace HADES – dileptonové spektrum
•
•
•
zdroj částic – elektron-pozitronových párů - Monte-Carlo generátor PLUTO
„akceptanční filtr“ založený na realistické simulaci odezvy detektoru HADES
(připravený pomocí programu GEANT3).
Dále byla data zpracována identickým způsobem jako exp. data
Srovnání rozložení invariantních hmot z elektron-pozitronových párů (na jednu reakci)
pro 1 AGeV (vlevo) a 8 AGeV (vpravo):
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 !!
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)
CERN-PS test setup
Right:
Left:
T10 beam line
details with detectors
Measured e/pi spectra – CERN May2010
ADC channel
e and pi- spectra normalized to the same yield
e/pi separation
Testy prototypů – modulů olověného skla – pomocí svazku pionů a elektronů v CERN
•
•
časové rozlišení 220 pikosekund
efektivní separace pionů a elektronů
Koeficient separace pi mezonů od elektronů
s pomocí energie měřené elektromagnetickým
kalorimetrem a pomocí doby letu měřené
detektorem RPC.
Vývoj detektoru STS
•
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
Primární zájem o produkci půvabných mesonů (D)
studium kolektivních toků a fluktuací v produkci částic při jaderné srážce a rovněž
jaderných efektů při p-p a p-A srážkách.
Aplikace metod s proměnným rozlišením v experimentu CBM (rok 2010)
pro studium prostorového rozložení částic produkovaných ve srážce, pro studium
fluktuací v produkci částic a při měření toku.
Metoda s proměnným rozlišením je jednou z metod multiškálové analýzy MRA, které
umožňují nezávislou extrakci informace o rozložení částic v eventu na různých
rozlišeních. V případě vyšších energií lze proto nezávisle studovat například jety,
fluktuaci pozadí eventu a případný eliptický tok, popřípadě odlišnosti plynoucí
z produkce částic ze spinodálně nestabilního fireballu, který se rozpadl na několik
menších kapek.
Vývoj detektoru STS
•
•
•
prezentace nízkonapěťového napájecího systému a řídícího systému vyvinutého pro
SDD ALICE, jako alternativy pro napájení a řízení STS (V.Petráček, J. Král).
existující verze napájecího systému bude použita během testů detektorů STS na
svazku.
informace na mítinku pracovní skupiny CBM-STS o zkušenostech pracovníků ÚJF
s vývojem a obsluhou detektorů, a o vybavení detektorové laboratoře ÚJF (V. Kušpil,
V. Wagner)
Obr. Rám napájecích zdrojů ovládaných řídícím systémem přes Ethernet jako řídící sběrnici.
Pro konverzi komunikace pro vnitřní sběrnici je použit převodník GNOME.
RS232 bus
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
I. kategorie – Publikace
J = článek v odborném periodiku
The High-Acceptance Dielectron Spectrometer HADES.
G. Agakichiev, …, A. Kugler, A. Krása, F. Křížek, P. Tlustý… (HADES collaboration)
Eur. Phys. J. A41 (2009) 243-277.
D = článek ve sborníku.
A.Kugler, J.A.Garzon, M.Golubeva, D.Gonzalez-Diaz, F.Guber, R.Holzmann, P.Tlusty
HADES@SIS100, CBM Progress Report, GSI Darmstadt, 2007
A.Kugler, J.A.Garzon, M.Golubeva, D.Gonzalez-Diaz, F.Guber, R.Holzmann, P.Tlusty:
Acceptance study for HADES@SIS100, CBM Progress Report, GSI Darmstadt, 2008.
Future perspectives at SIS-100 with HADES-at-FAIR
I. Froehlich, …, A. Kugler, A. Krása, F. Křížek, P. Tlustý… (HADES collaboration)
Atti di Conferenze, Vol. 99
XLVII International Winter Meeting on Nuclear Physics, Bormio (Italy), Jan. 26-30, 2009
arXiv:0906.0091 [nucl-ex]
P. Tlusty: Future Experiments with HADES at FAIR
Presentation at CHIRAL2010 conference, June 20-25 2010, Valencia, Spain
http://ific.uv.es/nucth/chiral10/, AIP 1322, New York 2010, p.116.
IV. kategorie – Ostatní výsledky
A = elektronické dokumenty
P. Tlusty: Hadron measurements with HADES
Presentation at "Workshop on Nuclear matter Physics at SIS100"
April 27, 2009, GSI Darmstadt, Germany
https://www.gsi.de/documents/FOLDER-9871240454693.html
P. Tlusty: Calorimeter for HADES at SIS100 - plans and current status
HADES Collaboration Meeting XX, May 5-10, 2009, Sesimbra, Portugal
http://ojs.ujf.cas.cz/~tlusty/hadmeet09/Sesimbra_Tlusty.ppt
P. Tlusty: Electromagnetic Calorimeter for HADES at SIS100: MAMI and CERN test
results
Presentation at "HADES ECAL Workshop, October 14, 2010, IKF Frankfurt, Germany
http://www-hades.gsi.de/~froehli/15_10_2010/07_Tlusty.pdf
P. Tlusty: Electromagnetic Calorimeter for HADES at SIS100: MAMI and cosmics test
results
HADES Collaboration Meeting XXI, March 23-26, 2010, GSI Darmstadt, Germany
http://ojs.ujf.cas.cz/~tlusty/hadmeet10/HadMeet2010_Tlusty.pdf
O = ostatní výsledky (přístupné v elektronické formě na vnitřních webových
stránkách experimentálních skupin)
5 příspěvků na pravidelných poradách HADES a CBM
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
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