Projekt ATLAS v Cesk republice

1
Projekt ATLAS v Ceské republice

• R. Leitner, koordinátor praské skupiny

Memorandum o podpore projektu ATLAS bylo
podepsáno v roce 1998 dvema prispevateli Minister
stvem prumyslu a obchodu Ceské republiky Výborem
pro spolupráci CR s CERN Príspevek CR na
jednotlivé cásti projektu ATLAS 1.6 MCHF 0.5
MCHF 0.5 MCHF 0.3 MCHF 0.3
MCHF hadronový vnitrní spolecné
vklad kalorimetr TileCal detektor
projekty za úcastníky Na projektu pracují tri
instituce Akademie ved Ceské republiky 30
pracovníku (15 fyziku) na Tilecalu a vnitrním
det. Fyzikální ústav, Ústav teorie informace a
automatizace Karlova univerzita 20 pracovníku
(10 fyziku) na Tilecalu a vnitrním
det. Matematicko-fyzikální fakulta Ceské vysoké
ucení technické 15 pracovníku ( 5 fyziku) na
vnitrním detektoru, Fakulty jaderná a fyzikálne
inenýrská, strojní a dopraví chlazení a
stínení V dalím podrobneji o príprave
TileCalu, vnitrního detektoru, chlazení, stínení,
trigeru, fyzikálního programu a software
2
Výroba submodulu hadronového kalorimetru
(TileCal)

• V eleze válcové cásti hadronového kalorimetru se
  rozvíjejí sprky hadronu, které zpusobí slaboucké
  záblesky v plastikových destickách (dladicích)
  nastrkaných do mezer mezi eleznými deskami.
  Svetlo techto záblesku je odvedeno optickými
  vlákny k fotonásobicum
• a v nich elektronicky zpracováno. Válcová cást
  kalorimetru je doplnena zátkami okolo svazku
  pouívajícími med a wolfram jako absorbátor a
  kapalný argon jako detekcní médium.
• Strední válcová cást je poskládána z 64 modulu
  dortových rezu, kadý modul je dále je
  smontován z 19 submodulu asi 800 kg tekých.

Submoduly vznikají slepením ocelových desek tak,
aby zustaly terbiny na desky scintilátoru. V
únoru 1996 byly zhotoveny první 3 submoduly,
hromadná výroba zacala v prosinci 1998, v roce
1999 bylo vyrobeno 87, v roce 2000 170
sbubmodulu, celkem 258 do konce roku 2000.
Vechny potrebné submoduly vyrábené v Praze,
Dubne, Protvinu, Pise, Valencii, Barcelone,
Chicagu, Urbane a Arlingtonu musí být hotovy do
února 2002.Vechna ocel (zhruba 3000 tun) byla
dodána ceskými podniky.
3
Výroba submodulu TileCalu

• I kdy je produkce slepených deravých elezných
  bloku zdánlive jednoduchá, není tak jednoduché
  pri lepení dodret rozmerové tolerance, napríklad
  výku submodulu
• 291.7 0.3
• 1.5 mm)
• Odladená výroba zacíná citením ocelových desek,

Pokracuje strojovým nanáením lepidla
poskládáním, ztuhnutím lepidla, svarením slepence
a konecne nabar-vením, aby moduly nezrezavely po
následujích nejméne 15 let.
4
Zdroje vysokého napetí pro fotonásobice TileCalu
Fotonásobice, které prevádejí nicotné svetelné
signály na elektrické pulsy, potrebují stabilní
zdroje vysokého napetí. Celkem jsou potreba
zdroje pro 10 000 fotonásobicu V laboratorích
Fyzikálního ústavu AV byl vyvinut a vyroben
predprototyp zdroje, schopný svými 256 kanály
zásobovat 48 fotonásobicu vysokým napetím ve dvou
úrovních (-830V, -950 V) s maximálním proudem 20
mA na kanál.
Zdroje vyrábí TESLA Praha, prototyp dodán 30.6.
2000, testy v CERN a na testbedu v Praze, po
odstranení SW chyb a prokázání bezpecnosti dle
CERNských norem výroba 17 jednotek v roce
2001 Testy prokázaly vysokou stabilitu
vyhovující poadavkum experimentu. Zdroje jsou
na dálku ovladatelné ve standardu CANBUS.
5
Smeovace svetla pro TileCal
Smeovace svetla jsou nevelké (181843 mm3)
plastové hranolky (materiálem je PMMA), slouící
ke smíchání a homogenizování svetla privádeného
optickými vlákny od scintilacních dladic k
foto-násobicum. Je jich s rezervou potreba 10400
kusu. Smeovace jsou vyrábeny v Optické
laboratori MFF UK. Systematicky je sledována a
protokolována kvalita produkce (rozmerová
tolerance 0,1 mm, kvalita povrchu). Prvních
2000 kusu bylo hotovo v prosinci 1999, v roce
2000 pak 4000 kusu a výroba by mela skoncit v
prosinci roku 2001.
6
Testování TileCalu na svazku
Masové výrobe sub-modulu predcházelo testování
prototypu, nadále pokracuje detailní studium
chová-ní konstruovaného detektoru pomocí
ozárování cásticemi ruzných energií.
Mionové steny detekují miony nezastavené
kalorimetrem
Testování na svazku ji prineslo zajímavé
fyzikální výsledky Measurements of muon
bremstrahlung Z. Phys. C73 (1997) 455
Beam
Ilustrace efektu kontroly nad utíkajícími miony.
Energetické rozliení (spolupráce
elektro-magnetického a hadronového kalorimetru)
(41.9/?E1.8) ? 1.8/E Odezva na miony fit
konvolucí Landauova a Gaussova rozdelení,
signál/um
Results From a New Combined Test of an
Electromagnetic Liquid Argon Calorimeter with
Hadronic Scintillating-Tile Calorimeter, NIM A
443 (2000) 51-70
Hadronic Shower Development in Iron Scintillator
Tile Calorimetry, NIM. A 443 (2000) 51-70
7
Pixelové detektory pro vnitrní detektor
Polovodicové detektory, které umonují zjistit,
kterou z mnoha malých ploek (pixelu) prola
nabitá cástice, jsou vyvíjeny a testovány ve
Fyzikálním ústavu AV. Testovací zarízení ukazuje
horní fotografie, zarízení na pripojování vodicu
k cipum dolní. Vpravo je schéma Kdo delá Co
8
Pixelové detektory pro vnitrní detektor
Prední a zadní strana kremíkových desek s
pixelovými detektory, vyrobenými v podniku Tesla
Ronov. Tesla vyrábí predsérii detektoru.
Vyrobené desky splnují poadavky ATLAS
Napetí prurazu 150 V
Záverný proud 9
Stripové detektory (SCT) pro vnitrní detektor

• Pracovníci ve Fyzikálním ústavu AV CR se zabývají
  merením a kontrolou kvality detektoru ve skupine
  s kolegy z Austrálie, CERN, Krakova, enevy,
  Ljubljany a Moskvy.
• V minulých letech
• vyvíjeli ve spolupráci s Universitou V eneve a
  NPI Moskva stripové detektory typu n-in-n a dalí
  komponenty. Vzorky detektoru byly vyrobeny v
  továrne ELMA v Rusku, ozáreny v CERN a otestovány
  ve FzÚ.
• se podíleli na vyhodnocení detektoru CSEM p-in-n
  na Univerzite eneva
• pripravili laserové testovací zarízení pro
  studium ozárených detektoru technikou
  prechodových proudu v CERN
• V tomto a následujících letech
• provedou merení kvality cca 100 predsériových
  továrne vyrobených (firmou Hamamatsu) detektoru
• pripraví cistou laborator s plochou 60 m2
• budou merit kvalitu 1600 detektoru pro skupinu
  spolupracujících laboratorí.

10
Zdroje nízkého napetí pro SCT ATLAS
Ve Fyzikálním ústavu AV CR byl vyvinut prototyp
zdroju nízkého napetí pro napájení modulu
kremíkových detektoru v podobe karty standardu
VME. Celkem bude potreba 4088 takových
karet. Karta, která bude umístena vne celého
ATLASu, je zdrojem nekolika ruzných napetí pro
elektroniku modulu. Napetí pro analogovou (3,5
V/1,4 A) a digitální cást (4 V/1 A) modulu jsou
merena a stabilizována na danou úroven v míste
vlastního kremíkového detektoru. Prubeh
prací Do soucasnosti (podzim 2000) bylo vyrobeno
ji 14 prototypu verze l a 40 prototypu verze 2
(firma Rybka), které jsou uívány v CR, CERN, UK,
Holandsku, Japonsku, Austrálii a
Nemecku. Predsérie by mela být vyrobena v roce
2001 a v letech 2002 a 2003 probehnout sériová
výroba 1100 ctyrkanálových karet
11
Moduly stripových detektoru (SCT) pro ATLAS
Na Karlove univerzite a Ceském vysokém ucení
technickém se testují moduly stripových
detektoru. K tomu jsou k dispozici 2 testovací
systémy a tretí modernejí systém bude dodán do
konce roku 2000. Systémy obsahují zdroje nízkých
napetí, zdroj vyso-kého napetí, systém
konfigurování modulu a vycítání dat, pripojený
pres VME k pocítaci, potrebný software pro
nabírání dat a pro jejich vyhodnocení. Práce
vyaduje cistou místnost a chlazení Jednotlivé
operace a testy modulu probíhají v Praze,
Mnichove, Freiburgu a Amsterodamu (tzv.
stredo-evropské skupine v rámci celého ATLASu
existují jete dve dalí skupiny).

• Merí se voltampérové charakteristiky detektoru,
  kvalita a parametry cipu, celých modulu. K
  testování se pouívají diagnostické prostredky,
  které jsou zabudovány prímo do elektroniky modulu
  a externí podnety nabité cástice (SPS CERN)
  nebo laser.
• V Praze bude provádeno funkcní a protokolární
  testování modulu. Z. Doleal byl jmenován
  vedoucím aktivity Quality Assurance

12
Chlazení vnitrního detektoru ATLAS
Vnitrní detektor obsahuje znacné mnoství
elektroniky, která vyaduje chlazení. Praská
skupina podstatne prispívá k vývoji systému
chlazení.

• Skupina
• vybudovala databázi chladicích kapalin (C3F8,
  C4F10, CF3I a smesí C3F8 A C4F10)
• podílela se na návrhu chlazení
• vyvinula mobilní a flexibilní systém pro merení a
  sber dat
• provedla merení na prototypech pixelo-vých a SCT
  detektoru
• bude pokracovat v dalím vývoji chladicího
  systému a merení jeho funkce

13
Neutronové stínení detektoru ATLAS
Praská skupina z CVUT je clenem týmu pro
prípravu stínení. Speciálne se podílí na vývoji
polyetylénového moderátoru a na návrhu stínení
pro oblast blízko svazku. Skupina provedla na
urychlovaci SPS v CERN experimentální testy
funkce ruzných typu vnejího neutronového
stínení, vedle experimentu provádí Monte Carlo
simulace. Výsledky práce byly publikovány v
ATLAS Technical Coordination TDR,
CERN/LHCC/99-01 Návrh pouití polyetylénového
moderátoru dopovaného? (plneného?) lithiem ve
vnitrním detektoru smeruje k prosazení dodávky
tohoto materiálu z CR.
Nekteré výsledky Monte Carlo simulací úcinku
ruzného usporádání neutronového stínení. Neutrony
vznikají v hadronové sprce rozvíjející se v
elezném bloku, do kterého vlétla cástice (jaká,
s jakou energií?) z urychlovace.. Obrázky ukazují
rozdelení neutronu zastavených v ruzne
usporádaném stínení PE, BPE, LiPE, BPE Fe,
BPE Pb, BPE Fe LiPE. Výsledky simulací
dobre souhlasí s experimenty na SPS.
14
Neutronové stínení detektoru ATLAS
Praská skupina navrhla stínení pro oblast
blízkou svazku (Forward Region) v podobe velkých
rozebratelných a do sebe zapadajících bloku
vyrobených z koncentrických vrstev oceli, litiny,
borovaného polyetylénu, oceli, lithiem plneného
polyetylénu (LiPE) a olova. I. tekl je jmenován
do pracovní skupiny Radiation task force. J.
Palla, J. Sodomka a I. tekl jsou cleny
Shielding engineering group Dobrá ance pro
získání prumyslové zakázky do CR.
15
Software pro ATLAS grafika
Pro zobrazování a vyhodnocování experi-mentálních
dat je pripravován grafický software, J. Hrivnác
z FzÚ koordinuje vývoj jeho klícových sloek.
Prohlíec objektu
WIRED - event display v jazyku JAVA
Atlantis Program pro zobrazování událostí (event
display) z experimentu ALEPH byl prepsán do
jazyka JAVA
JAS - analytické studio v jazyku JAVA
GraXML je trídimenzionální event display
16
Príprava fyzikálního programu B-fyzika

• Praská skupina se zabývá prípravou fyzikálního
  programu, zamereného na studium vlastností cástic
  obsahujících b-kvark, speciálne
• presným merením polarizace produkovaných baryonu
  s b-kvarkem
• naruením CP parity vne rámce Standardního modelu
  v rozpadech BSO ? J/?f
• M. Smianská

Predpokladem pro studia bylo upresnení modelu
produkce pro energie urychlo-vace LHC pomocí dat
z experimentu CDF a D0.
Skupina koordinovala produkci Monte-Carlo
simulovaných dat, která byla pouita pro
fyzikální studie a jsou uschována pro nové testy
software. Pracovníci skupiny spolupracují s
dalími experimenty na vývoji univerzálne
pouitelné knihovny programu pro popis rozpadu
cástic s b-kvarkem.
17
Fyzika Spinové korelace t a t kvarku
Velký pocet produkovaných páru nejteího kvarku
t a jeho antikvarku umoní zkoumat dynamiku
jejich vzniku pomocí sledování jejich spinu.
Spiny t-kvarku a anti-t-kvarku mohou být
orientovány souhlasne vzhledem ke smeru jejich
pohybu nebo nesouhlasne. Pomer techto dvou
prípadu svedcí o mechanismu vzniku t t, co jsou
kvarky 35 teí ne b-kvarky ji relativne dobre
prostudované. Jednotlivé spinové orientace se
poznají podle úhlu mezi koncovými leptony. V.
imák, K. Otec, R. Smolek
n
W
e(m)
t
b
g
p
p
g
t
b
e(m)
W
n
Jednotlivé cáry na obrázcích odpovídají
predpovedím standardního model (SM), prípadu
zanedbání spinu (NC) a dvema úrovním CP naruení
(CP28 a CP96). Malé rozdíly viditelné na prvním
obrázku jsou zvýrazneny na dalích obrázcích, kde
jsou vyneseny relativní diference.
18
Fyzika overování a rozvoj QCD
Od fundamentální teorie silných interakcí, za
kterou se dnes povauje kvantová chromodyna-mika
(QCD), ocekáváme vysvetlení merených dat a
predpovedi duleité pro prípravu budoucích
experimentu. Výpocty rozdelení nabitých cástic
pro podmínky urychlovace Tevatron (Fermilab, USA)
lze ji srovnávat s výsledky experimentu,
výpocty pro LHC jsou opravdu predpovedmi.
A. Kupco
19
Pocítacová infrastruktura projektu ATLAS
Experiment Atlas bude po roce 2005 produkovat
desítky TB dat rocne. Soucasná lokální
infrastruktura v CR umonuje zpracovávat stovky
GB dat, proto je nezbytné vytvorit do 2005
generacne novou infrastrukturu. K vyreení
situace laboratorí úcastnících se experimentu
ATLAS prispeje Evropský projekt DATAGRID. CR se
projektu úcastní Od konce roku 2000 bude v CR k
disposici prostor pro data 1 TB a pro intenzívní
pocítání a zpracování dat Linuxová farma s 64
procesory. Dalí zvetení kapacity bude znamenat
od roku 2001 pásková knihovna 10 TB, plánován je
pravidelný kadorocní upgrade. Pocítacové
spojení s CERN má dnes kapacitu 4 Mb/s, pripojení
pomocí Evropského projektu GEANT poskytne od roku
2001 kapacitu 1 Gb/s. Toto rychlé spojení bude
vyhrazeno pro vybrané výzkumné projekty, na
kterých se CR té úcastní.
20
Shrnutí

• Ceské instituce výrazne prispely k projektu
  ATLAS, jak pri konstrukci detektoru, tak pri
  príprave fyzikálního programu
• Behem let 1996 a 1999 bylo publikováno 48
  casopiseckých clánku, 52 interních (ale verejne
  dostupných) zpráv spolupráce ATLAS a bylo
  prezentováno a publikováno 75 vystoupení na
  konferencích. Velká cást clánku a konferencních
  vystoupení je dílem teoretické skupiny uvnitr
  ATLAS.
• Bylo obhájeno pet diplomových prací, dve
  doktorské práce jsou pred obhajobou. Na projektu
  zacínají pracovat dalí mladí lidé.
• Ji 45 naeho príspevku do ATLAS je zaplaceno.