Передовой протонный проект ATLAS

Проект ATLAS Forward Proton Project ( проект AFP ) — это проект эксперимента ATLAS на Большом адронном коллайдере по обнаружению протонов в его передней части . Он начался с исследований и разработок в 2004 году и был одобрен в 2015 году.

История и цели

Первоначальный проект исследований и разработок FP420 представлял собой международное сотрудничество с представителями 29 институтов из 10 стран. ^{[ 1 ]} с целью оценки возможности установки детекторов мечения протонов на расстоянии 420 м от точек взаимодействия экспериментов ATLAS и CMS . Основной областью интересов, мотивировавшей проект, было исследование протон-протонных взаимодействий и центральное эксклюзивное производство в передней части машины. ^{[ 2 ]} Участвующие частицы движутся вниз по передней части лучевой трубы, где проходит большая часть энергии, испускаемой в результате столкновений, но они имеют меньший импульс, чем исходные пучки протонов, и имеют траектории, которые расходятся от нее (поскольку они в разной степени изгибаются под воздействием магниты коллайдера) и в конечном итоге поражают стенки пучковой трубы в тех местах, где их можно обнаружить отдельно от исходного пучка. ^{[ 3 ]} Поэтому потребовалось установить новые детекторы протонов на разных расстояниях вдоль этой лучевой трубы. ^{[ 3 ]} Существующие детекторы протонов ALFA в ATLAS подходили только для измерений при низких энергиях, тогда как новые детекторы предназначались для измерений столкновений при высоких энергиях. ^{[ 4 ]}

Исследования и разработки проекта AFP начались в 2004 году. ^{[ 5 ]} Первоначальное письмо о намерениях было представлено в 2009 году. ^{[ 6 ]}^{[ 5 ]} Первоначальная цель состояла в том, чтобы разместить два набора детекторов протонов группами, обозначенными «220» (на расстоянии 216 м и 224 м) и «420» (на расстоянии 416 м и 424 м), но проект был отложен в 2010 году из-за сокращения финансирования Великобританией. в результате было принято решение отказаться от 420 детекторов и оставить только 220. ^{[ 5 ]}^{[ 4 ]} (В любом случае 420 детекторов представляли бы большие технические трудности по сравнению с 220, поскольку они также потребовали бы изменения системы жидкого гелия, уже присутствующей в этом месте, и хотя они были необходимы для изучения бозона Хиггса, они не были необходимы для других исследований. ^{[ 4 ]})

Этот сокращенный проект прошел формальную стадию технического предложения и в 2012 году был одобрен Исполнительным советом сотрудничества ATLAS и одобрен Комитетом по экспериментам БАК. ^{[ 5 ]} В 2014 году были проведены технические проверки, и в июне того же года проект получил одобрение на обновление ATLAS. ^{[ 5 ]} Первоначальный испытательный луч в ноябре показал, что различные системы были правильно интегрированы, и после стартового совещания 3 февраля 2015 г. Исполнительный совет ATLAS подтвердил свое решение 30 февраля 2015 г. ^{[ 7 ]} В то время установку детекторов планировалось завершить к 2017 году для использования во втором цикле LHC. ^{[ 8 ]}

Детекторы на расстоянии 216 м называются «ближними», а детекторы на расстоянии 224 м — «дальними», их расстояние составляет 15σ. ^{[ 9 ]} Впервые они начали собирать данные о запусках БАКа в 2016 году, но только при низкой светимости. ^{[ 10 ]} С 2017 года они собирали данные со всех запусков БАКа. ^{[ 10 ]}

Оборудование и эксперименты

Кремниевые трекинговые детекторы (SiT), используемые в проекте, были смоделированы на основе детектора вставного B-слоя (IBL) в ATLAS с использованием пиксельных измерений в сочетании с магнитными данными для обеспечения импульсной спектрометрии. ^{[ 5 ]} Чтобы обеспечить возможность снятия и повторной установки извещателей, их монтируют внутри римских горшков . ^{[ 5 ]}^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} Каждый из «дальних» детекторов также включает в себя детектор времени пролета, предназначенный для уменьшения «нагромождения» путем измерения различий во времени полета частиц по обе стороны от точки взаимодействия ATLAS и сравнения его с восстановленным положением. вершины столкновения. ^{[ 13 ]} Времяпролетные детекторы представляют собой микроканальный фотоумножитель (MCP-PMT), считывающий L-образные кварцевые стержни. Особую озабоченность вызывает деградация, вызванная обратным рассеянием положительных ионов, для борьбы с которым на фотоумножители наносят покрытие методом атомно-слоевого осаждения. ^{[ 14 ]} Ожидается, что они выдержат 3×10 ¹⁵ n _экв /см ² за 100 фб ⁻¹. ^{[ 15 ]} Более ранние разработки ToF назывались QUARTIC (« QUAR tz TI ming Cherenkov »). ^{[ 16 ]} были основаны на прямых кварцевых брусках. Первоначально рассматривалась альтернативная система под названием GASTOV, в которой для генерации черенковского излучения , регистрируемого фотоумножителем, использовался газ, а не кварц. ^{[ 11 ]}

Кремниевые пиксельные датчики расположены на расстоянии 2–3 мм от луча. ^{[ 12 ]} Конструкция пиксельных датчиков осложняется неравномерностью доз радиации, которые они получают в течение срока службы. ^{[ 12 ]} Чтобы укрепить их против этого излучения, их изготовление более сложное, чем изготовление простой плоской конструкции. ^{[ 12 ]}

Их рабочая температура также влияет на производительность: они работают при температуре -20 °C с первичной (вихревая трубка) и вторичной (вакуум поддерживается от 5 до 30 мбар) системами охлаждения. ^{[ 17 ]} Вакуумная система имеет полезный побочный эффект, заключающийся в уменьшении механического напряжения, вызванного атмосферным давлением на римские горшки, у которых были тонкие окна и полы. ^{[ 17 ]}

FE-I4B, работающая на частоте 40 МГц, Микросхема интегральной схемы (IC) связана по постоянному току с самими датчиками, обеспечивая несколько каналов считывания, которые можно независимо усиливать и формировать и которые имеют независимо регулируемые уровни дискриминатора. ^{[ 12 ]}^{[ 15 ]} Чип, работающий от внешнего тактового сигнала, предоставляет 4-битные данные синхронизации для времени превышения порога, которые сохраняются вместе со временем срабатывания. ^{[ 12 ]} Сами датчики имеют размер 336×80 пикселей, каждый пиксель имеет размер 50×250 мкм. ² на их лицах и глубиной 230 мкм. ^{[ 15 ]}

Эта конструкция смоделирована на основе конструкции трехмерного датчика, разработанной для IBL компаниями CNM ( Тренто ) и FBK ( Барселона ). ^{[ 12 ]} Первоначальным недостатком конструкции было то, что она имела сравнительно большую (около 15000 мкм) мертвую зону на части датчика, ближайшей к лучу. ^{[ 12 ]} Эту проблему удалось улучшить за счет сокращения мертвой зоны примерно до 200 мкм за счет разрезания датчика алмазной пилой. ^{[ 12 ]} В 2016 году были проведены испытания по определению эффективности данной конструкции; ^{[ 18 ]} и результаты показали эффективность 97%, потенциально увеличивающуюся на 1%, поскольку фактическое расположение датчиков могло использовать небольшой угол падения , тогда как испытательный стенд был расположен перпендикулярно падающему излучению. ^{[ 18 ]} Этот угол представляет собой средний черенковский угол, равный 14°, который оказался оптимальным углом, обеспечивающим разрешение 6 мкм вместо 50/ √ 12 мкм, которое дает перпендикулярная ориентация. ^{[ 16 ]}^{[ 19 ]}

Есть несколько частей БАКа, которые влияют на преломление испускаемых протонов, в том числе дипольные магниты разделения луча, квадрупольные магниты, фокусирующие луч, и коллиматоры луча, защищающие магниты. ^{[ 20 ]} Расходимость регистрируемых протонов от основного пучка протонов зависит от потерь энергии при столкновении, а детекторы АФП по характеру своего положения могут регистрировать только протоны с потерями энергии в диапазоне от 2% до 10% энергии оригинальный луч. ^{[ 20 ]}

Разрешение времяпролетных детекторов, измеренное в ходе испытаний в 2015 году, составило от 38 ± 6 пс до 46 ± 5 пс на LQbar . ^{[ 21 ]}

Перекрестные ссылки

^ ФП420 .
^ Сташевский 2011 , стр. 2.
^ Jump up to: ^а ^б Сташевский 2011 , стр. 1, 5.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Сташевский 2011 , стр. 5.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Адамчик и др. 2015 , стр. 2.
^ Олброу и др. 2009 .
^ Адамчик и др. 2015 , стр. 2–3.
^ Адамчик и др. 2015 , стр. 3.
^ Эрланд 2019 , стр. 1–2.
^ Jump up to: ^а ^б Эрланд 2019 , с. 5.
^ Jump up to: ^а ^б Сташевский 2011 , стр. 8.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Гринштейн 2016 , с. 1181.
^ Эрланд 2019 , с. 5.7.
^ Гринштейн 2016 , с. 1183.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Эрланд 2019 , с. 4.
^ Jump up to: ^а ^б Гринштейн 2016 , с. 1182.
^ Jump up to: ^а ^б Эрланд 2019 , с. 6.
^ Jump up to: ^а ^б Гринштейн 2016 , стр. 1181–1182.
^ Эрланд 2019 , с. 4–5.
^ Jump up to: ^а ^б Эрланд 2019 , стр. 2.
^ Эрланд 2019 , с. 7.

Источники

Адамчик, Л; Банась, Э; Брандт, А; и др. (20 мая 2015 г.). «Отчет о техническом проектировании передового детектора протонов ATLAS» . ЦЕРН-LHCC-2015-009.
Олброу, МГ; Эпплби, РБ; Арнеодо, М.; и др. (2009). «Проект исследований и разработок FP420: Хиггс и новая физика с прямыми протонами на БАК». Журнал приборостроения . 4 (10): Т10001. arXiv : 0806.0302 . Бибкод : 2009JInst...4T0001A . дои : 10.1088/1748-0221/4/10/T10001 . S2CID 119200141 .
Сташевский, Р. (апрель 2011 г.). «Проект АФП». Акта Физика Полоника Б. 42 (7): 1615. arXiv : 1104.1858 . дои : 10.5506/APhysPolB.42.1615 . S2CID 118158814 .
Гринштейн, С. (01 апреля 2016 г.). «Передовой детектор протонов ATLAS (AFP)» . Труды по ядерной физике и физике элементарных частиц . 273–275: 1180–1184. Бибкод : 2016НППП..273.1180Г . doi : 10.1016/j.nuclphysbps.2015.09.185 .
Эрланд, Пенсильвания (06 февраля 2019 г.). « Состояние и планы передовых детекторов протонов ATLAS» . Состояние и планы детекторов протонов ATLAS Forward . 27-й международный семинар по вершинным детекторам, Ченнаи, Индия, 21–26 октября 2018 г., стр. 7–16. дои : 10.22323/1.348.0007 . ATL-FWD-PROC-2019-001.
«Проект исследований и разработок FP420» . Архивировано из оригинала 27 июля 2009 г. Проверено 31 марта 2010 г.

Дальнейшее чтение

Ланге, Дж.; Адамчик, Л.; Эйвони, Г.; и др. (16 сентября 2016 г.). «Лучевые испытания интегрированного прототипа детектора протонов ATLAS Forward». Журнал приборостроения . 11 (9): P09005. arXiv : 1608.01485 . Бибкод : 2016JInst..11P9005L . дои : 10.1088/1748-0221/11/09/P09005 . S2CID 118519527 .
Тшебинский, Мацей (14 марта 2021 г.). «Обзор передовых детекторов протонов ATLAS для запуска LHC Run3 и планов для HL-LHC» . ЦЕРН.
Комарек, Томас (14 марта 2021 г.). «Детектор времени пролета передних протонов ATLAS: использование и прогнозируемые характеристики для LHC Run3» . ЦЕРН. ATL-FWD-SLIDE-2021-046.
Лю, Джесси Кар Ки (25 января 2021 г.). «Обзор эффективности AFP» . ЦЕРН.
Черни, Карел (24 августа 2020 г.). Производительность времяпролетного детектора AFP по данным БАК за 2017 год . 40-я Международная конференция по физике высоких энергий, Прага, Чехия, 28 июля – 6 августа 2020 г. ЦЕРН. ATL-FWD-SLIDE-2020-331.

Внешние ссылки

Брандт, Эндрю. «АТЛАС ФОРВОРД ПРОТОНЫ» . Техасский университет в Арлингтоне. Физика высоких энергий.

[FOOTNOTEFP420-1] ФП420 .

[FOOTNOTEStaszewski20112-2] Сташевский 2011 , стр. 2.

[FOOTNOTEStaszewski20111,_5-3] Jump up to: ^а ^б Сташевский 2011 , стр. 1, 5.

[FOOTNOTEStaszewski20115-4] Jump up to: ^а ^б ^с Сташевский 2011 , стр. 5.

[FOOTNOTEAdamczykBanaśBrandtBruschi20152-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Адамчик и др. 2015 , стр. 2.

[FOOTNOTEAlbrowApplebyArneodoAtoian2009-6] Олброу и др. 2009 .

[FOOTNOTEAdamczykBanaśBrandtBruschi20152–3-7] Адамчик и др. 2015 , стр. 2–3.

[FOOTNOTEAdamczykBanaśBrandtBruschi20153-8] Адамчик и др. 2015 , стр. 3.

[FOOTNOTEErland20191–2-9] Эрланд 2019 , стр. 1–2.

[FOOTNOTEErland20195-10] Jump up to: ^а ^б Эрланд 2019 , с. 5.

[FOOTNOTEStaszewski20118-11] Jump up to: ^а ^б Сташевский 2011 , стр. 8.

[FOOTNOTEGrinstein20161181-12] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Гринштейн 2016 , с. 1181.

[FOOTNOTEErland20195,7-13] Эрланд 2019 , с. 5.7.

[FOOTNOTEGrinstein20161183-14] Гринштейн 2016 , с. 1183.

[FOOTNOTEErland20194-15] Jump up to: ^а ^б ^с Эрланд 2019 , с. 4.

[FOOTNOTEGrinstein20161182-16] Jump up to: ^а ^б Гринштейн 2016 , с. 1182.

[FOOTNOTEErland20196-17] Jump up to: ^а ^б Эрланд 2019 , с. 6.

[FOOTNOTEGrinstein20161181–1182-18] Jump up to: ^а ^б Гринштейн 2016 , стр. 1181–1182.

[FOOTNOTEErland20194&ndash;5-19] Эрланд 2019 , с. 4–5.

[FOOTNOTEErland20192-20] Jump up to: ^а ^б Эрланд 2019 , стр. 2.

[FOOTNOTEErland20197-21] Эрланд 2019 , с. 7.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

v т и Европейская организация ядерных исследований (ЦЕРН)
Большой адронный коллайдер (БАК)	Список экспериментов БАКа АЛИСА АТЛАС система управления контентом LHCb БАКф МОЕДАЛ ТОТЕМ ФАЗЫ
Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP)	Список экспериментов LEP АЛЕФ ДЕЛЬФИ ОПАЛ Л3
Суперпротонный синхротрон (СПС)	Список экспериментов СПС БОДРСТВУЮЩИЙ КПГ NA48 NA49 NA58/КОМПАС NA60 NA61/СИЯНИЕ NA62 UA1 UA2 BIBC ЛЕБК HOLEBC
Протонный синхротрон (ПС)	Промсвязьбанк ЛАГЕРЬ БЭБК PS215/ОБЛАКО Гаргамель Пузырьковая камера 2 м Пузырьковая камера 30 см Пузырьковая камера Сакле 81 см
Линейные ускорители	БОДРСТВУЮЩИЙ CTF3 ПРОЗРАЧНЫЙ Линак Линак 2 Линак 3 Линак4
Другие ускорители	АА (часть ААС) AC (часть AAC) ОБЪЯВЛЕНИЕ ISR ЛИР ПС210 ЛАГЕРЬ LPI (LIL и EPA) н-TOF СК Сп .
ИЗОЛЬДЕ объект	ЦЕРН-МЕДИЦИН КРАХ КРИС EC-SLI ИДС МКС ИЗОЛТРАП ЛУКРЕЦИЯ Минибол ЧУДЕСА SEC ВИТО МАСТЕР ВЕДЬМА
Неускорительные эксперименты	БРОСАТЬ
Будущие проекты	Большой адронный коллайдер высокой светимости Компактный линейный коллайдер Будущий круговой коллайдер
Похожие статьи	БАК@дома Безопасность экспериментов по столкновению частиц высоких энергий ЦЕРН Курьер открытая лаборатория ЦЕРН Всемирная вычислительная сеть LHC Выставка «Микрокосмос» Улицы ЦЕРН Глобус науки и инноваций Частичная лихорадка (документальный фильм, 2013 г.) Генеральные директора ЦЕРН Научные комитеты ЦЕРН
Категория