Detektory śladowe

Detektory śladowe umożliwiają “śledzenie” torów wyprodukowanych cząstek naładowanych w zderzeniu. 

W detektorze LHCb są nimi poddetektory TT oraz T1-T3.

Detektor śladowy TT (Trigger Tracker) wyznacza tory cząstek niskopędowych, które mają zbyt małą energię, co w konsekwencji może prowadzić do zakrzywienia toru cząstek przez elektromagnes na tyle aby cząstki nie dotarły do Detektora Zewnętrznego T1 – T3. Pozwala to szybko oszacować pędy tych cząstek

Informacja ta jest wykorzystywana przez układ trygera. Każdy sensor w detektorze TT ma 11 cm długości, 7,8 cm wysokości oraz składa się z 384 pasków aktywnych o szerokości 198 μm (na Rys.1 przedstawione są dwa sensory podczas testów laboratoryjnych).


Rys.1

Rys.2

Każda z czterech warstw detektora TT (Rys.2) jest tak zbudowana aby sensory tworzyły rozpostartą siatkę o wymiarach 143,7 cm na 120,8 cm (TTa – Rys.3) oraz 159,1 cm na 139,6 cm (TTb – Rys.4), wszystkie 4 warstwy mają razem powierzchnię 8,3 m2 i 180000 kanałów odczytu.


Rys.3

Rys.4

Licząc od strony detektora wierzchołka pierwsza warstwa ma sensory pionowo połączone, druga warstwa ma sensory obrócone o -5wzgledem środka (Rys.5), dalej jest 30 cm przerwy i trzecia warstwa obrócona o +5o względem środka a na końcu czwarta – pionowa. Daje to możliwość lepszego wyznaczenia pędu cząstek. Dwie pierwsze warstwy tworzą tzw. detektor TTa, dwie ostatnie TTb. Całość zamontowana jest podobnie jak w przypadku Detektora Zewnętrznego na rozsuwanej ramie (Rys.6).


Rys.5

Rys.6

Każda aktywność sensora jest rejestrowana przez elektronikę odczytu, która znajduje się pod i nad każdą warstwą. Sygnały docierają tam poprzez scieżki metalu nałożone na cienkie paski kaptonu. W ten sposób minimalizuje się oddziaływania wyprodukowanych cząstek z materiałem detektora.

 

Detektor zewnętrzny (stacje T1-T3)

Punkty na torach cząstek mierzone są w 3 stacjach komór dryfowych (Rys.1). Współrzędne punktów otrzymuje się tu przez pomiar czasu dryfu elektronów ze zjonizowanych przez przechodzącą cząstkę atomów gazu. Ponieważ zderzenia wiązek protonowych zachodzą co 25 ns, maksymalny czas dryfu musi być odpowiednio krótki. W tym celu komory dryfowe skonstruowane są z szeregów cienkich rurek o średnicy 5 mm wykonanych z przewodzącej folii, tzw. słomek. Maksymalna droga dryfu elektronów do położonego w środku rurki drutu anody wynosi więc 2,5 mm (Rys.2). Rurki wypełnione będą mieszaniną argonu i dwutlenku węgla.


Rys.1

Rys.2

Każda stacja zawiera 8 warstw słomek położonych w trochę różnych kierunkach, co ułatwia przestrzenną rekonstrukcję torów. Dokładność pomiaru punktu na torze w poszczególnych słomkach wynosi 200 μm, a ich całkowita liczba w 3 stacjach detektora przekracza 54000.

W odległościach do ok. 30 cm od wiązki gęstości produkowanych cząstek są tak duże (aż do 3·10cm-2s-1), że do rekonstrukcji torów potrzebny jest tu inny rodzaj detektora (IT – Inner Tracker, Rys.3), pozwalający na lepszą segmentację odczytu. Taką rolę spełnia detektor krzemowy, w którym położenie punktów na torach odczytuje się z położonych co 300 μm pasków metalu. Chociaż ten wewnętrzny detektor pokrywa tylko 14 m2 powierzchni, to duża segmentacja daje w wyniku aż 220 tys. kanałów odczytu. Punkty na torach mierzone są tutaj z dokładnością ok. 70 μm.


Rys.3

Rys.4

Ponieważ moduły mogą wymagać reperacji w trakcie eksploatacji zostaną zamontowane na przesuwanych ramach w kształcie litery C (Rys.4) po jednej dla każdego zestawu T1, T2 i T3. Daje to trzy ramy po jednej stronie wiązki akceleratora i trzy po drugiej, razem sześć rozsuwanych ram (Rys.5).