Ифвэ, Протвино Изучение сп

5.4.Магнитный спектрометр

Перед ЭМК располагается магнитный спекрометр, предназначенный для измерения параметров треков от заряженных частиц при распаде J/ в области углов 10 <  < 250 мрад. Моделирование эксперимента показало (см. Раздел 4), что необходимо добиться импульсного разрешения детектора на уровне 0.4% при 10 ГэВ для разделения состояний ₁ и ₂. Требования к трековым детекторам:

• 
  высокое быстродействие (менее 500-600 нсек);
  
• 
  отсутствие неопределенностей при регистрации многотрековых событий;
  
• 
  минимум вещества для уменьшения вероятности конверсии γ – квантов.
  

Возможным вариантом для большинства детекторов трековой системы являются многопроволочные камеры. Первые две камеры должны работать в магнитном поле и иметь разрешение не хуже 200 микрон. Предлагается сделать минидрейфовые камеры в Дубне на основе опыта Лаборатории Физики Частиц (ответственный исполнитель Александр Фещенко) в эксперименте COMPASS . Дрейфовый промежуток составит всего 3 мм. Следующие три камеры – это пропорциональные камеры. Параметры предлагаемых дрейфовых и пропорциональных камер представлены в Таблица 4. Блоки камер 3-4 с шагом сигнальных проволочек 2 мм имеют анодные плоскости X1 и X2, сдвинутые на 1 мм, что позволяет получить эффективное координатное разрешение σ_x = 0.3 мм. Электроника последнего поколения для пропорциональных камер была разработана в ОЭФ для эксперименте ОКА совместно с промышленностью. Всего система из пяти модулей многопроволочных камер будет иметь 13,500 каналов.

Таблица 4.

Номер блока камер	Расстояние от мишени [м]	Композиция камер	Шаг проволок [мм]	Размер камеры [см][см]	Число Каналов
1 – дрейфовая	1,0	X,X’,U,U’,V,V’	дрейф =3	60  60	700
2 – дрейфовая	1,5	X,X’,U,U’,V,V’	дрейф=3	90  90	1,200
3 – пропорц	2,0	X1,X2,Y,U,V	2	120  120	3,000
4 – пропорц	3,0	X1,X2,Y,U,V	2	200  200	5,000
5 – пропорц	6,0	X,Y,U,V	4	360  360	3,600

Итого каналов 13,500

Координатное разрешение двух необходимых детекторов до спектрометрического магнита должно составлять 60-70 микрон. Такими характеристиками обладают GEM-детекторы (Gas Electron Multiplier) [²⁷] с временным разрешением 10 нсек. GEM1 должен иметь размер 1010см², GEM2 3030см². Планируется использовать двухплоскостные детекторы с тремя степенями усиления (triple-GEM). Детекторы GEM имеют пространственное разрешение около 70 микрон и работают при загрузках до 10⁵ мм^-2 сек^-1. Для работы с интенсивным пучком протонов необходимо использовать beam-killer. Мертвая зона GEM2 для пропуска протонного пучка представляет круг радиусом 3 мм. Мертвая зона детектора GEM1 будет представлять круг радиусом 1.5 мм или прямоугольник 23 мм² в зависимости от размеров выведенного протонного пучка. Здесь стоит отметить, что во всех детекторах установки предусмотрены мертвые зоны в центре для пропускания непровзаимодействовавшего в мишени пучка. Детекторы GEM могут работать на менее интенсивном пучке пионов без мертвых зон.

Планируется использование детекторов GEM размером до 3030 см² в эксперименте COMPASS. При этом возможно совместное с ЦЕРН проведение R&D и последующая организация производства подобных детекторов на базе ИФВЭ.

Детектор GEM2 размерами 3030см² будет располагаться на расстоянии 50 см от центра поляризованной мишени с тем, чтобы перекрывал полный телесный угол по осям Х и У величиной в 500 мрад. Детектор GEM1 размерами 1010см² будет располагаться на расстоянии 15 см от центра мишени. Между ними на расстоянии 30 см от мишени может располагаться еще один GEM-детектор размерами 2020см² для надежного распутывания событий с большой множественностью заряженных частиц, попавших в апертуру установки. При использовании стриппового съема информации в каждом из 3-х детекторов отдельно по осям Х и У с шириной стриппа 400 микрон, получим в сумме для трех детекторов GEM полное число электронных каналов АЦП 3000.

В спектрометре установки предлагается использовать существующий C-образный магнит НЕПТУН-М3 с рабочей апертурой 120х100х100 см³ и интегралом поля 15 кГсм. Вертикальная апертура магнита будет 500 мрад, а горизонтальная 600 мрад. Для эксплуатации магнита необходим источник питания с током 4 кА при номинальном напряжении 255 В. Для достижения требуемого значения однородности магнитного поля и увеличения верхнего предела магнитного поля ярмо существующего магнита необходимо заменить на Ш-образное. В настоящее время ведется конструкторская проработка этой модернизации. К сожалению возможная модернизация (расширение апертуры по оси У) расположенного на 14-ом канале спектрометрического магнита М31 установки Рампэкс может дать интеграл поля в 4 раза меньше, чем интеграл поля в магните НЕПТУН-М3. Это из-за того, что в М31 узкий полюс (60 см) и гораздо меньшее количество витков в обмотке. Интеграл поля в модернизированном магните М31 не обеспечит требуемого разрешения по импульсу магнитного спектрометра.

Без учета многократного рассеяния импульсное разрешение представленного спектрометра описывается требуемой зависимостью p /p = 0.04·Р·10^-2. Для дальнейшего улучшения импульсного разрешения магнитного спектрометра и лучшей локализации точки взаимодействия желательно добавить еще один детектор GEM.

Полученное при моделировании методом Монте-Карло значение геометрического аксептанса регистрации составляет 61% для J/ и Дрелл-Яновских пар и 31% для состояний ₁/₂.

Пропорциональные камеры трековой системы вместе с ячеистым триггерным годоскопом перед ЭМК позволят отличить электроны от -квантов. Использование магнитного спектрометра вместе с ЭМК, адронным калориметром и мюонным детектором обеспечат необходимое разделение электронов, мюонов и адронов.