ATLAS- und CMS-Kalorimeter

Ich habe diese interessante aktuelle Rezension auf arXiv über die Partikelidentifikation gelesen:

„Particle Identification“ von Christian Lippmann (2011), arXiv:1101.3276

Abbildung 2 zeigt einen interessanten Vergleich zwischen den Kalorimeterleistungen von CMS und ATLAS. Ich hoffe, der Autor des Artikels hat nichts dagegen, wenn ich das Bild hier reproduziere:

Abbildung 2 aus „Particle Identification“ von Christian Lippmann (2011), arXiv:1101.3276

Sie sehen, dass das CMS EM-Kalorimeter eine viel bessere Auflösung hat als das ATLAS-Kalorimeter, und ich bin mir sicher, dass dies auf den fast unfairen Vergleich zwischen einem homogenen und einem Probenkalorimeter zurückzuführen ist. Keine Überraschung hier.

Andererseits hat das hadronische Kalorimeter von ATLAS eine viel bessere Auflösung als das von CMS.

  1. Warum ist das so? Ist dies nur ein Nebenprodukt der reduzierten Größe des hadronischen CMS-Kalorimeters?

  2. Sind diese Lösungen endgültig oder können sie durch die Zusammenarbeit verbessert werden, wenn sie mehr Daten haben? Wie?

Denken Sie daran, dass Sie zur Messung einer Masse (z. B. der Higgs-Masse) eine gute Energieauflösung, aber auch eine gute Richtungsauflösung und eine gute Hintergrundunterdrückung benötigen. Für elektromagnetische Teilchen und insbesondere für Photonen ist ATLAS besser als CMS.

Antworten (2)

Compact Muon Solenoid ist der erweiterte Name von CMS und weist auf die Entscheidung hin, eine gute Myonenidentifikation zu haben. Eine gute elektromagnetische Kalorimetrie sorgt dafür, dass Photonen und Elektronen gut gemessen werden. Die Wahl eines starken Feldes von 4 Tesla zu Atlas 2 Tesla sorgt für bessere Track-Impulsmessungen. Ein begrenztes Volumen für hadronische Kalorimetrie ist der zu zahlende Preis.

Der Grund dafür ist, dass Myonen, Elektronen und Photonen die neue Physik besser handhaben als Jets en brutto. Das hadronische Kalorimeter ist nützlich, um auf fehlendes Et zu triggern, um Physikkanäle auszuwählen, aber es wird die Genauigkeit von Myon- und Elektron/Photon-Messungen sein, die eine Unterscheidung verschiedener Kanäle für die erwartete neue Physik ermöglichen wird.

Ich glaube, es war Feynman, der sagte: "Wenn du das Innere von Uhren sehen willst, schlag sie nicht gegeneinander, du nimmst einen Schraubenzieher". Das ist der Grund, warum Neutrino-Experimente und e+e-Experimente bei der Abbildung des Standardmodells so erfolgreich waren: Photonen, Elektronen und Myonen wegen der elektroschwachen Wechselwirkung sind die Schraubendreher (Zeitumkehrung im Fall des Hadron Colliders).

Ich verstehe diese Entscheidungen, ich habe nur versucht zu verstehen, ob es nur das begrenzte Volumen von etwas anderem ist, das die hadronische Auflösung beeinträchtigt. Sie diskutieren also etwas anderes, aber ok. Danke für die Teilnahme.

1) Warum ist das so? Ist dies nur ein Nebenprodukt der reduzierten Größe des hadronischen CMS-Kalorimeters?

Meine Nachforschungen führten mich zu diesem Buch: „ AT THE LEADING EDGE. The ATLAS and CMS LHC Experiments “. Ich denke, dass die meisten allgemeinen Fragen zum Design dieser Detektoren in dem Buch beantwortet werden. Es scheint zwar sehr schwierig zu sein, einen bestimmten Grund für die Designentscheidungen zu nennen. In Kapitel 10 werden die Ideen über das Design des HCAL für CMS hinaus erläutert.

Für das CMS werden der Tracker und ECAL betont, daher war die Entscheidung, den HCAL für ein besseres Magnetdesign in die Magnetspule zu stecken. Eine weitere Anforderung ist eine einfache Wartung. Da Sie das kritisch gesehen haben, zitiere ich:

Ein einzigartiges Merkmal von CMS ist seine auf beweglichen Ringen basierende Struktur, die einen sehr guten Zugang und eine gute Wartung der Detektorelemente ermöglicht. Dieses Konstruktionsmerkmal hatte für die HCAL den Nachteil, dass das Auslesesystem (Front-End-Elektroniksystem) innerhalb des magnetischen Volumens platziert werden musste. Jeder alternative Ort für die Fotodetektoren war so weit entfernt, dass es zu einem unerschwinglich großen Lichtverlust in den langen klaren optischen Fasern gekommen wäre.

Daher muss die HCAL klein sein, während sie die Fotodetektoren enthält. Und alles muss in einem 4T-Magnetfeld funktionieren – der Punkt ist, dass Photomultiplier-Röhren dort nicht mehr funktionieren. Ich zitiere:

Leider verlieren Fotoröhren in einem Magnetfeld schnell ihren Gewinn (aufgrund der Unfähigkeit, die Elektronen zu fokussieren).

Es scheint also, dass die Antwort auf die Frage (1) lautet: reduzierte Größe, Magnetfeld und Modularität.

2) Sind diese Auflösungen endgültig oder können sie durch die Zusammenarbeit verbessert werden, wenn sie mehr Daten haben? Wie?

Kommt darauf an, was du unter "endgültig" verstehst. Diese Auflösungen wurden in Beam-Tests bei SPS gemessen. Die Beschreibung dieser Tests findet sich in den Referenzen [10] und [11] oder dem betreffenden Artikel. Ein Teil der Module wurde bei SPS unter die verschiedenen Träger gelegt. Zitieren von Ref. über ALICE [10]:

5.7.2 Hadronische Endkappenleistung. Etwa
25 % der Serienmodule wurden am CERN SPS [150] Strahlen von Myonen, Elektronen und Pionen mit Energien bis zu 200 GeV ausgesetzt
... % aller Produktionsmodule des Kachelkalorimeters wurden ausgiebig in speziellen Teststrahlperioden am CERN SPS gemessen. ... 5.7.4.2 Kombinierte LAr- und Kachelkalorimeter-Teststrahlmessungen Die kombinierte Leistung des elektromagnetischen Barrel-LAr- und Kachelkalorimeters wurde 1996 im H8-Strahl am CERN SPS gemessen. Der Aufbau verwendete Prototypmodule der beiden Kalorimeter.





In diesem Sinne sind diese Beschlüsse endgültig.

Aber ich habe auch einen Experimentator gefragt, und er sagte mir, dass es ein Verfahren gibt, das "das Verstehen" eines Detektors genannt wird. Sie müssen die Leistung des Detektors als Ganzes messen und alles berücksichtigen: Geometrie, Trigger usw. Soweit ich verstanden habe, sind beide Detektoren noch nicht vollständig verstanden.

Wie kann das Magnetfeld die Auflösung verschlechtern? Ich dachte, das sei genau umgekehrt, da man mit dem Magneten außerhalb des Kalorimeters weniger totes Material hat. Ich dachte auch, dass alle Kalorimeter eine "ringbasierte Struktur" haben, wenn Sie damit meinen, dass die Zellen nebeneinander angeordnet sind ϕ . Meinst du etwas anderes? Meinen Sie damit, dass das CMS Calo keine projektive Geometrie hat? Ich denke, das tut es nach dem, was ich gesehen habe ...
Nun, es war die falsche Antwort. Deshalb habe ich runtergestimmt. War das unhöflich? Ich kenne die sozialen Regeln des Stackexchange-Systems immer noch nicht, ich bin neu darin. Ich denke, ich kann die Ablehnung entfernen, wenn sie nicht angemessen war.
Interessanter Kommentar zu den pmts. Ich frage mich, warum sie keine Avalanche-Fotodioden oder andere Siliziumtechnologien verwenden, wie ich vermute, dass sie es in ihrem EM-Calo tun. Vielleicht $$$. Ich verstehe das Geometrieproblem immer noch nicht ... Ich verstehe nicht, was "Ringstruktur" ist. Ich habe mir einige ihrer Papiere angesehen und es scheint, dass die Geometrie ziemlich Standard ist. Vielleicht ist der äußere Teil des Calo derjenige mit einer anderen Geometrie. Nun, ich bin froh, dass Ihnen die Frage gefallen hat und Sie mich davon überzeugt haben, die Ablehnung zu entfernen. Ich war derjenige, der nicht an die PMTs gedacht hat und nur an die Zellen gedacht hat.
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