Kalibrierung des KASCADE-Grande Hadronkalorimeters an einem Hochenergie-

Teilchenbeschleuniger

Stefan Plewnia

Forschungszentrum Karlsruhe

für die KASCADE-Grande Kollaboration

Das Ziel von KASCADE-Grande

Das KASCADE-Experiment

KASCADE Kalorimeter :- 320 m2 sensitive Fläche- 11 λi tief- 9 Lagen mit Ionisationskammern- 11000 Kammern mit 44000 elektronischen Kanälen- Energieschwelle : EH>20 GeV- Ortsauflösung 25x25 cm2

- Die hadronische Komponente aus-

gedehnter Luftschauer besteht aus

Mesonen, Neutronen, Protonen und

Kernfragmenten

- Bodengestützte Experimente messen:

- Energie des Hadrons

- Spur des Hadrons

- Anzahl der Hadronen im Schauer

=> hadronische Observablen geben

Hinweise auf das primäre Teilchen

TMP

Die Ionisationskammern

- Gefüllt mit TMP (Tetramethylpentan) oder TMS (Tetramethylsilan) als aktives Medium

- Stabile Signalausbeute über Jahre

- Kann bei Zimmertemperatur betrieben werden

- Höhere Präzision bei Energiemessung als gasgefüllte Detektoren

CERN Testkalorimeter

- Test an der SPS-H4-Beamline (Juni und Juli 2003)

- Protonen, Pionen, Elektronen, und Myonen von 15 bis 350GeV

Das Kalorimeter

Kalibrierung

- Elektronische Kalibrierung mit definierten Ladungspulsen =>Umrechnung von ADC-Werten in fC

- Messungen mit 50 GeV Myonen Energieverlust in den Kammern kann berechnet (Bethe-Bloch Formel) oder aus MC-Simulationen bestimmt werden

- Gemessene Ladung hängt ab von: - dE/dx -Primärer Rekombination -Verluste durch Unreinheiten

τ),f(t100eV

G(E)

dx

dEd Q d

τ),f(t100eV

G(E)

dx

dEdQ d

Gesammelte

Ladung

Aus Simulation/Berech

nung(Bethe-Bloch)

Ladungsausbeute der

Elektronen die primärer

Rekombination entkommen

))-1(-1(),(-dt

ddd e

tttf

Ladungssammelfunktion

Kalibrierung:

d

50 GeV Myonen bei drei Hochspannungen

- Ladungssammelfunktion wird an Daten angepasst

- Ein Parameter : Lebensdauer τ

τ wird als Kalibrations-konstante für alle weiteren Messungen benutzt

Myonen bei drei Hochspannungen

Nach Kalibrierung:

Alle Lagen zeigen in etwa gleichen Energieverlust

-> Kalibrationskonstante

n können für alle anderen Messungen

benutzt werden

Longitudinale Verteilung der Energieverluste für Pionen

Maximum des Energiedeposits dringt mit ln(E) tiefer ein

c

xb exa

-**

Longitudinale Verteilung der Energieverluste für Elektronen

Kalorimeter ist für Hadronen optimiert

-> Inadequates Sampling für Elektronen

Vergleich Daten/Simulation

Monte Carlo Simulation :

- Basiert auf GEANT 3.21

- Signaldämpfung für stark ionisierende Teilchen eingebunden (aus früheren Messungen bekannt)

- Kammergeometrie wurde be-rücksichtigt

- Simulationen mit Hadronen, Elektronen, und Myonen bei unterschiedlichen Energien

- Statistik liegt bei ca. 10% der Daten

Simulation und Daten für Pionen:

Simulation und Messungen sind miteinander vereinbar !

Energiesumme für Elektronen und Pionen

ΣE = Summe der gem. Energie in allen Lagen

- Gemessene Energie ~ E0

%14][

%130

GeVE

Energieauflösung für Hadronen

σE/E ≈ 27% bei 150 GeV

=> σE/E ≈ 18% bei 1 TeV

Zusammenfassung

Kalorimeter arbeitete wie gewünscht, vorläufige Resultate sehr vielversprechend

Daten und Simulation sind miteinander vereinbar

Weitere Analysen sind in Arbeit

Unterschiede zwischen MC und Daten werden untersucht

Die Ergebnisse werden das Wissen über das KASCADE-Grande-Hadronkalorimeter und die Ionisationskammern verbessern

Aussichten