Μελέτη σε δέσμες σωματιδίων ενός ανιχνευτή micromegas 1 x 1 m2, για το αδρονικό θερμιδόμετρο του ILC

Abstract

Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του διατμηματικού προγράμματος μεταπτυχιακών σπουδών ”Φυσική & Τεχνολογικές Εφαρμογές” υπό την οργάνωση του τομέα Φυσικής του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Αντικείμενο της εργασίας είναι η ανάλυση δεδομένων από πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών(CERN) και αφορούν την μελέτη ενός πρωτότυπου ανιχνευτή σωματιδίων, βασισμένο στην τεχνολογία Micromegas. Η συγκεκριμένη τεχνολογία είναι μια από τις υποψήφιες για χρήση στο αδρονικό θερμιδόμετρο ενός μελλοντικού γραμμικού επιταχυντή.

Η ανακοίνωση των τελευταίων αποτελεσμάτων των δύο μεγαλύτερων πειραμάτων του CERN (ATLAS,CMS) και η ανακάλυψη ενός μποζονίου το οποίο θέτει υποψηφιότητα για επιβεβαίωση των προβλέψεων του καθιερωμένου προτύπου για το μποζόνιο Higgs, εντείνει και ενθαρρύνει τις σκέψεις για την κατασκευή ενός γραμμικού επιταχυντή ηλεκτρονίων για την πραγματοποίηση μετρήσεων μεγάλης ακρίβειας που ακολουθεί συνήθως μετά τη λειτουργία ενός επιταχυντή αδρονίων όπως είναι ο LHC στο CERN.

Η κατασκευή ενός τέτοιου τύπου γραμμικού επιταχυντή προϋποθέτει την ύπαρξη θερμιδομέτρων υψηλής ενεργειακής διακριτικής ικανότητας. Την μελέτη και κατασκευή των θερμιδομέτρων έχει αναλάβει η διεθνής συνεργασία CALICE. Στα πλαίσια της συνεργασίας αυτής ένα πρωτότυπο θερμιδόμετρο βασισμένο στην τεχνολογία Micromegas, έχει κατασκευαστεί στο εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής του Annecy(LAPP). Τον Αύγουστο του 2011 εκτέθηκε για πρώτη φορά σε δέσμες σωματιδίων(μιόνια,πιόνια) στις εγκαταστάσεις του H4/SPS στο CERN.Για την μελέτη της απόδοσης του συγκεκριμένου ανιχνευτή, χρησιμοποιήθηκε το τηλεσκόπιο του RD51 για την ανίχνευση τροχιών των σωματιδίων και ανιχνευτές σπινθηρισμού ως σύστημα σκανδαλισμού.

Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εκτεταμένη περιγραφή της εργασίας στην ελληνική γλώσσα. Η υπόλοιπη εργασία είναι γραμμένη στην αγγλική γλώσσα και περιλαμβάνει στο δεύτερο κεφάλαιο τις βασικές αρχές που διέπουν την αλληλεπίδραση βαρέων φορτισμένων σωματιδίων με την ύλη. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στους ανιχνευτές αερίου τύπου Micromegas και στις βασικές τους ιδιότητες. Τέλος το τέταρτο και πέμπτο κεφάλαιο αφορούν την ανάλυση των δεδομένων και την παρουσίαση των αποτελεσμάτων από τα πειράματα για το τηλεσκόπιο και το θερμιδόμετρο αντίστοιχα.

This thesis is a part of ”Physics & Technological Application” M.Sc. program hosted by department of Physics at National Technological University of Athens. Scope of the thesis is the data analysis of a test-beam that took place at SPS/CERN in order to study a prototype Micromegas detector, which is one of the candidate technologies for the hadronic calorimeter of a future linear collider.

After the presentation of the latest results of CERN’s large experiments(ATLAS,CMS) the discovery of a new particle, candidate for the Standard Model Higgs boson, encourages the thoughts bout the construction of a linear electron collider, in order to take precise measurements, that sually follows the operation of an hadron collider like CERN’s Large Hadron Collider(LHC).

The construction of a linear electron collider requires calorimeters with high granularity and jet energy resolution. The research and development of calorimeters for a future linear collider has undertaken from the international collaboration CALICE. On the behalf of CALICE collaboration a prototype calorimeter based on Micromegas technology developed at Laboratoire d’Annecy-le-Vieux de Physique des Particules - CNRS/IN2P3. The prototype tested at particle beams(muons, pions) for first time at CERN’s H4/SPS facilities during August 2011. For the efficiency studies of the prototype, installed a set-up consisted of a micromegas telescope(RD51) for tracking, the prototype and three scintillators plus PMT for triggering.

In the first chapter, presented a detailed description of the thesis in Greek language. The rest of the thesis written in English language and presents the basic principles of heavy charged particle interaction with matter in chapter 2. In chapter 3, presented the Micromegas detector and its properties, while in chapters 4 and 5 presented the results from the data analysis for the telescope and the prototype respectively.