CALICE_ITEP

Международный линейный коллайдер - Коллаборация CALICE

Коллаборация CALICE (CAlorimeter for the LInear Collider with Electrons) объединяет более 300 физиков и инженеров из 57 институтов 17 стран. Ее основная задача – создание, тестирование и оптимизация калориметрической системы будущего детектора для ILC.

В рамках коллаборации были созданы и опробованы на тестовых пучках несколько прототипов как электромагнитных, так и адронных калориметров, в том числе аналоговый адронный калориметр с беспрецедентной гранулярностью, активные элементы которого - детектирующие слои - были изготовлены в ИТЭФ. Начиная с 2006 года различные конфигурации калориметров с разными поглотителями тестировались в лабораториях DESY, CERN и FNAL. Был набран большой объем экспериментальных данных – несколько сотен миллионов событий в пучках электронов, позитронов, пи-мезонов и мюонов в диапазоне энергий от 2 до 130 ГэВ. В настоящее время проводится тестирование технологического прототипа с новой геометрией считывания в сцинтилляционной ячейке.

Установка в сборе на пучке SPS в CERN: ECAL - электромагнитный калориметр, HCAL - адронный калориметр, TCMT - мюонный детектор.

Аналоговый адронный калориметр AHCAL

Детектирующая плоскость
адронного калориметра

Ячейка адронного калориметра

Аналоговый адронный калориметр (Analogous Hadronic CALorimeter – AHCAL), разработанный и изготовленный коллаборацией CALICE, состоит из 38 слоев поглотителя (листы площадью около 1 кв. м из нержавеющей стали толщиной 16 мм или вольфрамового сплава толщиной 10 мм), перемежающихся детектирующими слоями. Каждый детектирующий слой представляет собой пластины сцинтиллятора толщиной 5 мм, разделенные на ячейки размером 3х3 см в центральной области, 6х6 см в периферической области и 12х12 см по внешнему периметру. Последние 8 слоев составлены только из ячеек 6х6 и 12х12 см. В каждую из 7608 ячеек вмонтирован кремниевый фотоумножитель (SiPM), который считывает световой сигнал через спектросмещающее волокно. По предварительным оценкам, разрешение AHCAL для электронов составляет 20%/√E, а для адронов с помощью методов компенсации достигается 45%/√E.

В настоящее время проводится тестирование технологического прототипа адронного калориметра следующего поколения. Детектирующие слои нового прототипа имеют другую геометрию спектросмещающего волокна в сцинтилляционных ячейках и интегрированы с платами электроники.

Анализ экспериментальных данных

CALICE AHCAL — уникальный инструмент. Такое большое количество ячеек с индивидуальным считыванием (7608 в объеме 1 м³) позволяет не только обеспечить высокую точность измерений, но и получить информацию о пространственной структуре адронного ливня и проводить отладку и уточнение физических моделей, заложенных в программах моделирования, в частности в пакете GEANT.

Высокая гранулярность дает возможность с помощью специальных методов обработки данных значительно улучшить энергетическое разрешение калориметра - примерно на 15% в диапазоне энергий частиц от 10 до 80 ГэВ.

Пространственное распределение плотности энергии в адронном ливне, образованном пи-мезоном с энергией 30 ГэВ.

Относительное энергетическое разрешение CALICE AHCAL (красная - исходное разрешение, синяя - после коррекции энергии в каждом событии).