Комптоновское рассеяние в прецизионных...

Комптоновское рассеяние в прецизионныхэкспериментах на электрон-позитронных

коллайдерах

Николай Мучной

Инстиут Ядерной Физики им. Г.И. Будкера

9 июня 2011 г.

Николай Мучной (ИЯФ СО РАН) Комптоновское рассеяние... 9 июня 2011 г. 1 / 66

Введение

Цели работы:Создание на базе установки РОКК-1М многофункциональногоисточника гамма-квантов и электронов, получаемых методомкомптоновского рассеяния лазерного излучения наэлектронном пучке коллайдера ВЭПП-4М

Проведение на установке РОКК-1М экспериментов сиспользованием рассеянных гамма-квантов и электронов

Разработка и эксплуатация систем прецизионного измерениясредней энергии пучка для установок ВЭПП-4М, ВЭПП-3,BEPC-II, ВЭПП-2000

Поиск новых способов применения комптоновского рассеянияв физическом эксперименте


Содержание

1 Комптоновское рассеяние

2 Лазер

3 HPGe - детектор

4 Установка РОКК-1М, эксперименты ВЭПП-4М – КЕДР

5 ВЭПП-3, BEPC-II, ВЭПП-2000

6 Калибровка детекторных систем

7 Магнитный спектрометр с лазерной калибровкой

8 Заключение



2 Лазер








Комптоновское рассеяние: кинематика

ω , k0 0

ε

ε

Y

XZ

ϕ

αΘ

θ

ω

’, p’

, p

, k

ω = ω01−β cosα

1−β cosθ +ω0ε

(1−cosΘ)


Комптоновское рассеяние: ωmax и ε

ωmax =ε2

ε +m2

4ω0 sin2 α

2

⇒ ε =ωmax2

(1+

√√√√1+m2

ω0ωmax sin2 α

2

)

1

10

100

1000

1 10 100

cros

s se

ctio

n, m

b/M

eV

photon energy, MeV

ω0 = 0.117 eVω0 = 1.165 eVω0 = 2.330 eV

α = π

ε = 2GeV


Комптоновское рассеяние: схема

ωmax = ελ

1+ λ(λ =

4ω0ε

m2

)ε−ωmax = ε

11+ λ

laser beam

θedge electrons

scattered photons

beam electrons

θedge

beam

I.P.

A∼∫Bdl

ω0 ωmax ,ε,ε−ωmax

углы поворота:

θbeam =Aε⇒ θedge =

Aε−ωmax

= A1+ λ

ε= θbeam +

4Aω0m2

метод мечения рассеянных фотонов:

ω(θse) = (1− θbeamθse

)ε


Комптоновское рассеяние в ИЯФ СО РАН

Кезерашвили Гурам Яковлевич 1952-1999

Установки РОКК-1 (1982), РОКК-2 (1987), РОКК-1М (1992)



2 Лазер








Лазер: монохроматичность

Кинематика комптоновского рассеяния определяетоднозначную связь между величинами ω0, ε и ωmax .

Если ω0 – известная константа, можно использовать ε дляопределения ωmax и наоборот.

C какой точностью можно считать известной константойсреднюю энергию фотона в лазерном пучке?


Лазер: GEM Select 50 (CO2)

Рассмотрим основные принципы устройства лазеров на примеремолекулярного газового лазера на диоксиде углерода.


Линии генерации CO2 лазера (10P и 10R ветви)

0

10

20

30

40

50

60

0.114 0.115 0.116 0.117 0.118 0.119 0.12 0.121 0.122 0.123

pow

er, a

.u.

photon energy, eV

10P branch10R branch

line 10P20 λ=10.591µm


Лазер: продольные моды резонатора

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-100 -50 0 50 100

rela

tive

inte

nsity

∆ν, MHz

amp contour σ = 42.5 MHzcavity modes ∆ν = 85 MHz

Линия 10P20 λ=10.5910352 мкмРасстояние между продольными модами ∆λ/λ ∼ 3 ·10−6


Лазер: колебания мощности и частоты

96

97

98

99

100

101

102

103

104

24.8 24.85 24.9 24.95 25 25.05 25.1 25.15 25.2

Rel

ativ

e po

wer

, %

Temperature, C

experimental datatheoretical function

Зависимость мощности излучения от температуры резонатора

-4.0e-08-3.0e-08-2.0e-08-1.0e-080.0e+001.0e-082.0e-083.0e-084.0e-08

0 50 100 150 200

Rel

ativ

e fr

eque

ncy,

∆ν/

ν

Mode shift, MHz

Колебания средней частоты генерации в спектре излученияНиколай Мучной (ИЯФ СО РАН) Комптоновское рассеяние... 9 июня 2011 г. 14 / 66

Лазер: измерение длины волны

WaveMaster Wavelength Meter

точность ∆λ = 0.005 нмразрешение ∆λ = 0.001 нмвстроенная абсолюная калибровкадиапазон длин волн от 380 нм до 1095 нм


Лазер: расчёт светимости

В общем случае:

Lsc =∫

S dt dx dy dz ; где S = ρeργ

√(~ve− ~vγ )2−

(~ve× ~vγ )2

c2

Для ультрарелятивистского случая, корень даёт множитель ксветимости (1−cosα), который называется Мёллеровскиммножителем.

Для непрерывного лазера

dLeγ

dsdε=

2nphNe

(2π)3/2σε

√(σ2 + σ2

x)(

σ2 + σ2z)×

×exp−

z202(σ2 + σ2

z )− (ε− ε0)2

2σ2ε

−(x0 + ψ

ε− ε0ε0

)2

2(σ2 + σ2x )


Лазер: расчёт светимости

Средняя энергия εL электронов, взаимодействующих с фотонами,отличается от средней энергии всего пучка электронов:

∆ε = (εL− ε0) =−x0 σψ σε

σ2 + σ2x + σ2

ψ

где σψ = ψ · (σε/ε0) – вклад синхротронных колебаний в поперечныйгоризонтальный размера пучка.

Энергетический разброс взаимодействующих электроновотличается от энергетического разброса пучка, когда ψ 6= 0:

σ′ε = σε

√√√√√√ 1

1+σ2

ψ

σ2 + σ2x



2 Лазер








HPGe – детектор из сверх-чистого германия

Плюсы:энергетическое разрешение – σE/E < 1 ·10−3

возможность абсолютной калибровки шкалы с помощьюгамма линий известных изотопов в диапазоне энергий до10 МэВсовременный технологический уровень производствадетекторов и электроники обеспечивает высокую линейностьи стабильность всего спектрометрического тракта

Минусы:невысокая эффективность регистрации гамма квантов сэнергиями в несколько МэВотносительно высокая стоимость


HPGe: криостат и электроника

Криостат

Сигнальныйпроцессор

Концентрация примесей (ловушек) ∼ 10−12.


Калибровочный спектр (Март 2010)

, keVγE1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

cou

nts

1

10

210

310

410

510

2010.03.14 | 23:18:01 -- 09:19:09 | 2010.03.15


HPGe: форма пика полного поглощения

На форму пика оказывают влияние:

статистика рождения электрон-дырочных пар,шумы предусилителя,комптоновская «ступенька» под пиком,настройка компенсации полюса нулём в сигнальном тракте,захват носителей заряда на примесных центрахполупроводника, приводящий к неполному сбору заряда,зависимость времени сбора заряда от места ионизации,наложение импульсов при высокой скорости счёта,особенности и настройки алгоритма измерения амплитудыимпульса в цифровом сигнальном процессоре (коррекциябаллистического дефицита, режектор наложений,восстановление базовой линии и т.д.)


HPGe: пик полного поглощения 2614.530 кэВ

χ2/NDF=50.8/20

, keVγE2608 2610 2612 2614 2616 2618 2620

co

un

ts

310

410

510

/ ndf 2χ 792.03 / 24 / ndf 2χ 792.03 / 242010.03.14 | 23:18:01 -- 09:19:09 | 2010.03.15

Март 2010

χ2/NDF=153.1/40

, keVγE2605 2610 2615 2620 2625

co

un

ts

310

410

/ ndf 2χ 557.85 / 24 / ndf 2χ 557.85 / 24

2010.06.09 | 23:30:12 -- 05:04:43 | 2010.06.10

Июнь 2010


HPGe: пик полного поглощения 6129.266 кэВ[232Pu−13C

]источник : α +13C→16O∗+n→16O+ γ

χ2/NDF=24.5/34

, keVγE6120 6122 6124 6126 6128 6130 6132 6134 6136

co

un

ts

10

210

/ ndf 2χ 792.03 / 24 / ndf 2χ 792.03 / 242010.03.14 | 23:18:01 -- 09:19:09 | 2010.03.15

Март 2010

χ2/NDF=92.2/74

, keVγE6110 6115 6120 6125 6130 6135 6140 6145

co

un

ts

10

210

/ ndf 2χ 557.85 / 24 / ndf 2χ 557.85 / 24

2010.06.09 | 23:30:12 -- 05:04:43 | 2010.06.10

Июнь 2010Николай Мучной (ИЯФ СО РАН) Комптоновское рассеяние... 9 июня 2011 г. 24 / 66

HPGe: форма пика

f (x ,x0,σ ,ξ ) =N√2πσ

·

x > (x0−ξ ·σ) : exp

− (x−x0)2

2σ2

x < (x0−ξ ·σ) : exp

ξ 2

2 +ξ (x−x0)

σ

Нормировка:

1N =

+∞∫−∞

f (x ,x0,σ ,ξ ) dx =12erfc

(− ξ√

2)

+1√2πξ

exp(−ξ 2

2)


HPGe: энергетическое разрешение

, keVγE1000 2000 3000 4000 5000 6000

, keV

Eσ

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2 / ndf 2χ 13.69 / 6 / ndf 2χ 13.69 / 6

Energy Resolution

Параметры подгонки σE =√K0 +FεE:

«Fano» = 0.156±0.002, K0 = 0.199 ± 0.009 кэВ2.


HPGe: нелинейность шкалы

, keVγE1000 2000 3000 4000 5000 6000

, keV

tab

le-E

fit

E

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

/ ndf 2χ 3.01 / 4 / ndf 2χ 3.01 / 4

Nonlinearity

Точность абсолютного измерения энергии γ-линии ∼ 30–40 эВ


HPGe: асимметрия формы пика

, keVγE1000 2000 3000 4000 5000 6000

σta

il jo

in p

oin

t in

un

its

of

1

1.5

2

2.5

3

/ ndf 2χ 5.34 / 5 / ndf 2χ 5.34 / 5

Low Energy Tail

Параметры подгонки: ξ (Eγ ) = p0 +exp(−p1(Eγ −p2)

),

p0 = 1.21±0.16, p1 = 0.0004±0.0002, p2 = 131±420.


HPGe: выводы

В результате применения вышеописанногоалгоритма калибровки энергетическойшкалы спектрометра, во всём рабочемдиапазоне энергий гамма-квантовопределены параметры функции откликасистемы на монохроматическоевозбуждение.Точность абсолютного измерения энергиигамма квантов – на уровне 50 эВ.



2 Лазер








Установка РОКК-1М на ВЭПП-4М

KEDR

Long interaction section

LASER 2

LASER 1

NEL1 NEL2 NEM1NEM2SEM2

SEM1 SEL2 SEL1

Shortinteraction

section

LM

HPGe

DetectorOther

detector

Задачи, для решения которых создавалась установка РОКК-1М:

эксперименты на пучке гамма квантов,калибровка СРРЭ детектора КЕДР,измерение степени поляризации электронного пучка,измерение энергии электронного пучка...

Установка РОКК-1М запущена в 1991 году.


Измерение энергии пучка

Метод резонансной деполяризации (РД) позволяет измерятьмоментальное значение средней энергии электронов в пучке снепревзойдённой точностью ∆E/E ' 10−6 (ВЭПП-4, ВЭПП-2М, LEP,HERA, ...).

Недостатки метода РД:машина должна обеспечивать возможность работы споляризованным пучком,требуется интерполяция измерений при наборе статистики,в некоторых точках по энергии поляризация невозможна из заспиновых резонансов,потери пучкового времени на измерения энергии.


Прецессия спина в магнитном поле

Метод прецизионного измерения энергии e+/e− пучков вциклических ускорителях был предложен и развит в ИЯФ в 1970-х.

Эффект Соколова-Тернова – радиационная поляризация пучка:

1τp

=5√3

8 αλ 2eR γ

5ν0

τp - время поляризации, α - постоянная тонкой структуры, λe -комптоновская длина волны электрона, R - радиус поворота, γ -Лоренц фактор, ν0 - частота обращения.

Ω – частота прецессии спина вокруг направления ведущего поля:

Ω

ν0= 1+ γ

µ ′

µ0;

µ ′

µ0=

g−22 = 0.0011596521811(7)


Метод резонансной деполяризации - РД

Поляризация пучка может быть разрушена внешним переменнымполем такой частоты ΩD, что выполняется условие резонанса:

Ω±ΩD = nν0 , где n - целое число.

Tcount = 20 sec

speed = 0 MeV/sec

step = 0 MeV

initial = 0 MeV

final = 0 MeV

Att = 9 dB

2004-10-20 01:54:53

Run 1133

PSSW

1893.24

H = 1812.153

NEM = 2286.509

SEM = -1

SIM = 2428.963

EM3 = 2627.96

KEDR1 = 5973.463

KEDR2 = 5980.566

RF = 181801192 Hz

U = 410.34 kV

J = 19.73 A

Qx = 0.545043

Qz = 0.603271

TZ = -0.161374 mm

I1 = 2.492 mA

I2 = 0.005 mA

DV4OUT=38.25 C

Fd = (585454.55+-0.14)HzTime [sec]

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800Time [sec]

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

0.012

0.014

0.016

0.018

0.02

0.022

0.024

0.026

0.028

0.03

0.032

0.034 / ndf 2χ 65.67 / 61

T 1.787± 913.2

DELTA 0.0002432± 0.005443

CONST 0.0001388± 0.01648

SLOPE1 2.485e-07± 3.69e-06

SLOPE2 7.709e-07± 1.464e-06

31

5.1

41

20

03

15

.14

03

61

31

5.1

39

53

23

15

.13

87

04

31

5.1

37

88

63

15

.13

70

57

31

5.1

36

22

83

15

.13

54

00

31

5.1

34

56

03

15

.13

37

32

31

5.1

32

90

33

15

.13

20

74

31

5.1

31

24

63

15

.13

04

17

31

5.1

29

58

83

15

.12

87

60

31

5.1

27

93

13

15

.12

71

03

31

5.1

26

27

43

15

.12

54

45

31

5.1

24

61

73

15

.12

37

88

31

5.1

22

95

93

15

.12

21

31

31

5.1

21

30

23

15

.12

04

73

31

5.1

19

64

53

15

.11

88

16

31

5.1

17

98

73

15

.11

71

59

31

5.1

16

33

03

15

.11

55

01

31

5.1

14

67

33

15

.11

38

44

31

5.0

27

20

83

15

.02

63

79

31

5.0

25

55

03

15

.02

47

22

31

5.0

23

89

33

15

.02

30

64

31

5.0

22

22

53

15

.02

13

96

31

5.0

20

56

83

15

.01

97

39

31

5.0

18

91

03

15

.01

80

82

31

5.0

17

25

33

15

.01

64

24

31

5.0

15

59

63

15

.01

47

67

31

5.0

13

93

83

15

.01

31

10

31

5.0

12

28

13

15

.01

14

53

31

5.0

10

61

33

15

.00

97

84

31

5.0

08

95

63

15

.00

81

27

31

5.0

18

87

83

15

.01

97

07

31

5.0

20

53

53

15

.02

13

75

31

5.0

22

20

33

15

.02

30

32

31

5.0

23

86

13

15

.02

46

89

31

5.0

25

51

83

15

.02

63

57

31

5.0

27

18

63

15

.02

80

15

31

5.0

28

84

33

15

.02

96

72

31

5.0

30

51

13

15

.03

13

40

31

5.0

32

16

93

15

.03

29

97

31

5.0

33

82

6

delta-1

/ ndf 2χ 29.88 / 30

T 1.326± 1526

DELTA 0.0003834± 0.008356

CONST 0.000228± 0.02291

SLOPE1 6.533e-07± 1.143e-06

SLOPE2 1.963e-06± 1.841e-06

Вниз: E = 1888.2195 ± 0.001 МэВ; Вверх: E = 1888.2194 ± 0.001 МэВ


Интерполяция данных РД

Суточные колебания энергии

Влияние магнитных циклов


Измерение энергии пучка методом ОКР

Метод обратного комптоновского рассеяния (ОКР) позволяетизмерять среднюю энергию электронов в пучке в течениенекоторого времени измерения (от нескольких минут) с точностью∆E/E . 5 ·10−5.

ε =ωmax2

(1+

√√√√1+m2

ω0ωmax sin2 α

2

)

Точность метода:

∆ε

ε' 1

2∆ωmaxωmax

⊕ 12

∆ω0ω0

Край спектра:

σω ≡δωmaxωmax

' 2δε

ε⊕ δω0

ω0⊕ δ r

r


National Tsing Hua University, Taiwan, 1996

Phys. Rev. E, Vol. 54, No 5 (1996)Energy measurement of relativistic electron beams by laser Comptonscattering Ian C. Hsu, Cha-Ching Chu, and Chuan-Ing Yu

Результат:Ebeam = 1305.8±1.7 МэВ


Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), 2001

Nucl. Instr. and Meth. A 486 (2002)Measurement of the BESSY II electron beam energy byCompton-backscattering of laser photonsR. Klein, P. Kuske, R. Thornagel, G. Brandt, R. Gorgen, G. Ulm

Результаты:

ECBS = 1718.76±0.05 МэВ

ERD = 1718.74±0.02 МэВEγ (16O∗) 6= 6128.63±0.04МэВ

линия β -распада 16N

Eγ (16O∗) = 6129.27±0.05МэВ

dEbeam/Ebeam ' 0.08МэВНиколай Мучной (ИЯФ СО РАН) Комптоновское рассеяние... 9 июня 2011 г. 38 / 66

РОКК-1М: измерение энергии (Март 2010)

, keVγE1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

cou

nts

1

10

210

310

410

510

2010.03.09 | 16:58:25 -- 19:14:29 | 2010.03.09

, keVγE1000 2000 3000 4000 5000 6000

σta

il jo

in p

oin

t in

un

its

of

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Low Energy Tail

, keVγE1000 2000 3000 4000 5000 6000

, keV

tab

le-E

fit

E

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

Nonlinearity

, keVγE4200 4250 4300 4350 4400 4450

cou

nts

50

100

150

200

250

300

350

2010.03.09 | 16:58:25 -- 19:14:29 | 2010.03.09

, keVγE1000 2000 3000 4000 5000 6000

, keV

Eσ

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

Energy ResolutionZero = 0.31520 keV

Gain = 0.48986 keV/Ch 0.004±"Fano" = 0.158

0.021 keV±"Noise" = 0.191 0.143 keV± = 4316.186 edgeE

0.22 keV±= 3.55 edgeEσ

0.026 MeV± = 1553.568 beamE 39.5 keV±= 639.5

beamEσ

time from: 16:58:25 / 2010.03.09 time upto: 19:14:29 / 2010.03.09


РОКК-1М: Комптон + РД (Март 2010)


Скан J/ψ с детектором КЕДР (Март 2010)

3092 3094 3096 3098 3100 3102 31040

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

W [MeV]

[nb] obsσ

14.7 keV± =1.2 PDG-MfitM

0.011 MeV± =3096.916 PDGM

=0.583/ (7 -4) =0.194 2χ


РОКК-1М: эксперименты с детектором КЕДРВ эксперименте КЕДР 2002 года по прецизионному измерениюмасс J/Ψ и Ψ′ мезонов ∼ 90% времени было потрачено наизмерения энергии методом РД и изучение поведения энергиипучка во времени.Наблюдаемые сечения рождения высоки, поэтому вэксперименте не требовался большой интеграл светимости –было набрано 40нб−1 в трёх сканированиях J/ψ и 76нб−1 втрёх сканированиях ψ ′.В результате кропотливой работы по стабилизации системпитания и управления ВЭПП-4М и тщательного анализа данныхудалось добиться точности интерполяции энергии пучка всканированиях на уровне ∆E/E . 3 ·10−6.С 2005 по 2008 гг. на ВЭПП-4М и КЕДР проводился экспериментпо измерению массы τ-лептона. Для определения массыизмеряется зависимость сечения реакции e+e−→ τ+τ− отэнергии встречных пучков вблизи порога реакции. Ввидумалости сечения, эксперимент требует набора большогоинтеграла светимости (набрано 15.2 пб−1 за ∼ 7 месяцев).


РОКК-1М: одно измерение вблизи порога τ

, keVγE0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

cou

nts

1

10

210

310

410

2007.01.02 | 23:55:29 -- 00:45:05 | 2007.01.03

, keVγE800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600

σta

il jo

in p

oin

t in

un

its

of

-1

0

1

2

3

4

5

6

Low Energy Tail

, keVγE600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600

, keV

tab

le-E

fit

E

-2

0

2

4

6

8

10

Nonlinearity

, keVγE5550 5600 5650 5700 5750

cou

nts

0

100

200

300

400

500

2007.01.02 | 23:55:29 -- 00:45:05 | 2007.01.03

, keVγE600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600

, keV

Eσ

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Energy ResolutionZero = -0.02060 keV

Gain = 0.51005 keV/Ch 0.009±"Fano" = 0.271

0.023 keV±"Noise" = 2.500 0.184 keV± = 5642.816 edgeE

0.17 keV±= 4.26 edgeEσ

0.029 MeV± = 1776.703 beamE 26.8 keV±= 670.0

beamEσtime from: 23:55:29 / 2007.01.02 time upto: 00:45:05 / 2007.01.03


РОКК-1М: поведение энергии


РОКК-1М: сравнение ОКР и РД

Разброс σE '50 кэВ совпадает со стат. ошибкой измерений ОКРНиколай Мучной (ИЯФ СО РАН) Комптоновское рассеяние... 9 июня 2011 г. 45 / 66

РОКК-1М: сравнение ОКР и интерполяции РД

σE '60 кэВ – оценка суммарной систематической погрешностиНиколай Мучной (ИЯФ СО РАН) Комптоновское рассеяние... 9 июня 2011 г. 46 / 66

РОКК-1М: эксперименты КЕДР 2005 – 2010

К настоящему времени на детекторе КЕДР, с использованиемкомбинированной техники измерения пучка (РД + ОКР), полученыследующие результаты:

Предварительный результат 2009: mτ = 1776.81+0.17−0.19±0.15МэВ.

Измерено произведение электронной ширины J/ψ-мезона ивероятности его распада на e+e− пару.Измерены массы D0 и D+ мезонов.Измерена масса, полная и лептонная ширина ψ(3770).Произведён поиск узких резонансов в области энергий от1.85 ГэВ до 3.1 ГэВ в с.ц.м. и поставлен верхний предел на ихлептонную ширину.



2 Лазер








ВЭПП-3: схемаНа накопителе ВЭПП-3 в 2009 году проводился эксперимент поизмерению зарядовой асимметрии в упругом рассеянииэлектронов и позитронов на газовой водородной мишени.Основным источником систематической погрешности измеренияотношения сечений рассеяния является неидентичность режимовмагнитной системы накопителя при работе с частицами разногознака заряда.


ВЭПП-3: результаты


BEPC-II: cτ фабрика в Китае

В 2009 году начался набор статистики детектором BESIII.Максимальная полученная светимость – 0.7 ·1033с−1см−2 наэнергии 2×1.89 ГэВ.

В 2008 году ИЯФ официально вступил в международнуюколлаборацию BESIII.

В рамках коллаборации было принято решение о созданиипрецизионной системы измерения энергии пучков наколлайдере BEPCII. Одной из важнейших задач, которуюпредполагается выполнить с использованием этой системы –новое точное измерение массы τ-лептона (∆mτ ∼ 50 кэВ).

Energy determination at BEPC-II. / N.Yu.Muchnoi, M.N.Achasov, V.E.Blinov et al.// Proceedings of the Tenth International Workshop on Tau Lepton Physics (2009)


Установка EMS на BEPC-II

Система измерения энергии пучков методом ОКР

HPGe

3.75

m

2.5m 3.25m

Lenses

6.0m

Laser

R2IAMB R1IAMB

positrons electrons

0.4m

Физический запуск системы состоялся в конце 2010 года


Край комптоновского спектра

, keVγE5800 5850 5900 5950 6000 6050 6100 6150

cou

nts

60

80

100

120

140

160

180

Electrons: 2010.12.01 | 21:35:23 -- 22:35:25 | 2010.12.01


Скан ψ ′ 2010 (Иван Николаев & КЕДР & BES-III)

W [MeV]3675 3680 3685 3690 3695

, nb

ob

sσ

020406080

100120140160180200220

=13.5/ (12 -4) =1.7(2S)ψ

2χ 0.06 MeV±=0.001 (2S)ψ M∆

0.03 MeV± = 1.58 Wσ)=0.102χP(

0.1 nb± = 5.0 bgσ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНО


ВЭПП-2000: область взаимодействия в магните

σ0 = 0.5 мм σ0 = 0.05 мм


ВЭПП-2000: область взаимодействия в магните



2 Лазер








Калибровка детекторных систем: СРРЭ

Система Регистрации Рассеянных Электронов детектора КЕДР

M1

TS2

S

TS1

16.5 m

L2

TS3 KEDR

i.p.

M2L1

TS4

Исследование переходов γγ →адроны является важной частьюэкспериментальной программы детектора КЕДР.

Для восстановления кинематических переменных γγ-системы всостав детектора КЕДР входит Система Регистрации РассеянныхЭлектронов (СРРЭ).


Калибровка детекторных систем: СРРЭ

Край спектра

0

20

40

60

80

100

60 80 100 120 140 160

Справа – энергетическоеразрешение

0

0.5

1

1.5

2

4000 5000

0

0.5

1

1.5

2

2000 3000 4000

σω/ω

,%σ

ω/ω

,%

ε, МэВ

ε, МэВНиколай Мучной (ИЯФ СО РАН) Комптоновское рассеяние... 9 июня 2011 г. 59 / 66


2 Лазер








Магнитный спектрометр с ОКР-калибровкой

Рассмотренный выше метод измерения энергии электронногопучка прекрасно зарекомендовал себя как рабочий инструментпри проведении экспериментов на циклических ускорителях сэнергией пучка до 2 ГэВ.

Но:Продвижение вверх по диапазону измеряемой энергии пучкавесьма проблематично.Метод работает только для определения средней энергиипучка за довольно продолжительное время, в течениекоторого происходит набор энергетического спектрарассеянных фотонов.



ILC beam energy measurement by means of laser Comptonbackscattering / N.Muchnoi, H.J.Schreiber and M.Viti // NIM A 2009Vol.607 no.2 pp.340-366

X edge

X 0

X beam

x

edge electrons

electron beam

s

laser beam

Xbeam−X0 = B · (1/Ebeam)

Xegde−Xbeam = B · (4ω0/m2)⇒ Ebeam =

m2

4ω0·Xegde−XbeamXbeam−X0



Идея провести тестовый эксперимент, способныйпродемонстрировать работоспособность метода в целом, наколлайдере ВЭПП-4М, появилась из-за того, что на установкеРОКК-1М уже присутствуют почти все формально необходимыекомпоненты такой системы.

laser beam

Compton photons

BPMelectron beamT

S1

TS

2

TS

3scattered electrons detector

scattered photons detector

photon−electron interaction area

KEDR

KEDR



2 Лазер








Положения, выносимые на защиту:

На коллайдере ВЭПП-4М создана установка РОКК-1М дляпроведения различных экспериментов с использованием обратногокомптоновского рассеяния лазерного излучения на электронномпучке.Исследовано влияние различных факторов, определяющих формукрая спектра ОКР в условиях реального эксперимента.Разработана методика измерений абсолютных энергий гаммаквантов с помощью HPGe детектора в диапазоне энергий 1–10 МэВ.Создана система прецизионной калибровки энергии электронногопучка ВЭПП-4М.Аналогичные системы запущены на накопителе ВЭПП-3 и коллайдереBEPC-II.Проведена калибровка энергетической шкалы СРРЭ детектора КЕДР,прототипов калориметров КЕДР и BELLE.Предложен новый метод измерения абсолютной энергии пучка дляпроекта ILC.


Нелинейность АЦП?

, keVγE1000 2000 3000 4000 5000 6000

, keV

tab

le-E

fit

E

-1.4

-1.2

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

-0.0

0.2

0.4

0.6

/ ndf 2χ 100.0168 / 10Prob 0.0000p0 0.0000± 0.0275 p1 0.0000± 0.4901 p2 0.0193± -1.1083 p3 0.0000± 0.0011 p4 0.0000± -0.0012 p5 0.0000± -0.0007 p6 0.0001± -0.0007

/ ndf 2χ 100.0168 / 10Prob 0.0000p0 0.0000± 0.0275 p1 0.0000± 0.4901 p2 0.0193± -1.1083 p3 0.0000± 0.0011 p4 0.0000± -0.0012 p5 0.0000± -0.0007 p6 0.0001± -0.0007

Nonlinearity


Комптоновское рассеяние в прецизионных...

Documents