Study of the PICOSEC-Micromegas detector with test beam data and phenomenological modelling of its response
Creators: name: Παράσχου, Κωνσταντίνος Βασιλείου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Οργανολογία και Ανιχνευτές
Φυσική Υψηλών Ενεργειών
Πειραματική Φυσική
Instrumentation and Detectors
High Energy Physics
Experimental Physics

description: Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται ένα μέρος της συλλογικής προσπάθειας Έρευνας και Ανάπτυξης του ανιχνευτή PICOSEC. Ο ανιχνευτής PICOSEC είναι ένας καινοτόμος ανιχνευτής αερίου γεμίσματος βασιζόμενος στον ανιχνευτή Micromegas, ο οποίος έχει αναπτυχθεί από τη σύμπραξη RD51-PICOSEC. Aντί να στηρίζεται στον παραδοσιακό τρόπο ιονισμού, ο ανιχνευτής PICOSEC εκμεταλλεύεται τα γρήγορα χαρακτηριστικά χρονισμού της ακτινοβολίας Cherenkov μετατρέποντας τα Cherenkov φωτόνια σε ηλεκτρόνια μέσω της χρήσης μιας φωτοκαθόδου. Ο ανιχνευτής έχει υποβληθεί σε δύο είδη ελέγχων όπου πειραματικά δεδομένα έχουν συλλεχθεί. Ο ένας περιλαμβάνει μια δέσμη λέιζερ με μια απόκριση ενός φωτοηλεκτρονίου στο CEA-SACLAY, ενώ ο άλλος περιλαμβάνει μια δέσμη ελέγχου από μιόνια των 150 GeV στην H4 δευτερεύουσα γραμμή δέσμης στον SPS του CERN και πολλαπλά φωτοηλεκτρόνια. Παρουσιάζονται συνοπτικά οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν στην στατιστική ανάλυση των ιδιοτήτων χρονισμού του ανιχνευτή, και με την εφαρμογή τους τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η βέλτιστη χρονική διακριτική ικανότητα που επιτυγχάνεται στην ανίχνευση μονήρων φωτοηλεκτρονίων φτάνει στα 76 ps. Παρατηρείται μια παράξενη εξάρτηση του μέσου χρονισμού στο μέγεθος του σήματος, η οποία μιμείται την συμπεριφορά του φαινομένου ‘‘time walk’’. Μια προσομοίωση του ανιχνευτή αναπτύσσεται για την μελέτη των ιδιοτήτων του χρονισμού, η οποία είναι και το κύριο θέμα της εργασίας. Μετά από μια λεπτομερή έρευνα, προκύπτει πως τα ηλεκτρόνια στο αέριο μίγμα κινούνται με διαφορετική ταχύτητα ολίσθησης πριν και μετά τον πρώτο τους πολλαπλασιασμό, εισάγοντας έτσι το φαινόμενο ‘‘time walk’’, και προτείνεται μια φαινομενολογική εξήγηση. Τέλος, αναπτύσσεται μια στατιστική μέθοδος μέγιστης πιθανοφάνειας για τον προσδιορισμό του μέσου αριθμού φωτοηλεκτρονίων που εξάγονται ανά σωματίδιο, και η βέλτιστη χρονική διακριτική ικανότητα που επιτυγχάνεται είναι στα 24 ps με κατά μέσο όρο 10.4 φωτοηλεκτρόνια ανά σωματίδιο. Στην παρούσα εργασία αποκτήθηκε μια βαθιά κατανόηση ενός νέου ανιχνευτή ο οποίος έχει επιφέρει αποτελέσματα άνευ προηγουμένων στο πεδίο των ανιχνευτών αερίου γεμίσματος.
description: Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται ένα μέρος της συλλογικής προσπάθειας Έρευνας και Ανάπτυξης του ανιχνευτή PICOSEC. Ο ανιχνευτής PICOSEC είναι ένας καινοτόμος ανιχνευτής αερίου γεμίσματος βασιζόμενος στον ανιχνευτή Micromegas, ο οποίος έχει αναπτυχθεί από τη σύμπραξη RD51-PICOSEC. Aντί να στηρίζεται στον παραδοσιακό τρόπο ιονισμού, ο ανιχνευτής PICOSEC εκμεταλλεύεται τα γρήγορα χαρακτηριστικά χρονισμού της ακτινοβολίας Cherenkov μετατρέποντας τα Cherenkov φωτόνια σε ηλεκτρόνια μέσω της χρήσης μιας φωτοκαθόδου. Ο ανιχνευτής έχει υποβληθεί σε δύο είδη ελέγχων όπου πειραματικά δεδομένα έχουν συλλεχθεί. Ο ένας περιλαμβάνει μια δέσμη λέιζερ με μια απόκριση ενός φωτοηλεκτρονίου στο CEA-SACLAY, ενώ ο άλλος περιλαμβάνει μια δέσμη ελέγχου από μιόνια των 150 GeV στην H4 δευτερεύουσα γραμμή δέσμης στον SPS του CERN και πολλαπλά φωτοηλεκτρόνια. Παρουσιάζονται συνοπτικά οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν στην στατιστική ανάλυση των ιδιοτήτων χρονισμού του ανιχνευτή, και με την εφαρμογή τους τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η βέλτιστη χρονική διακριτική ικανότητα που επιτυγχάνεται στην ανίχνευση μονήρων φωτοηλεκτρονίων φτάνει στα 76 ps. Παρατηρείται μια παράξενη εξάρτηση του μέσου χρονισμού στο μέγεθος του σήματος, η οποία μιμείται την συμπεριφορά του φαινομένου ‘‘time walk’’. Μια προσομοίωση του ανιχνευτή αναπτύσσεται για την μελέτη των ιδιοτήτων του χρονισμού, η οποία είναι και το κύριο θέμα της εργασίας. Μετά από μια λεπτομερή έρευνα, προκύπτει πως τα ηλεκτρόνια στο αέριο μίγμα κινούνται με διαφορετική ταχύτητα ολίσθησης πριν και μετά τον πρώτο τους πολλαπλασιασμό, εισάγοντας έτσι το φαινόμενο ‘‘time walk’’, και προτείνεται μια φαινομενολογική εξήγηση. Τέλος, αναπτύσσεται μια στατιστική μέθοδος μέγιστης πιθανοφάνειας για τον προσδιορισμό του μέσου αριθμού φωτοηλεκτρονίων που εξάγονται ανά σωματίδιο, και η βέλτιστη χρονική διακριτική ικανότητα που επιτυγχάνεται είναι στα 24 ps με κατά μέσο όρο 10.4 φωτοηλεκτρόνια ανά σωματίδιο. Στην παρούσα εργασία αποκτήθηκε μια βαθιά κατανόηση ενός νέου ανιχνευτή ο οποίος έχει επιφέρει αποτελέσματα άνευ προηγουμένων στο πεδίο των ανιχνευτών αερίου γεμίσματος.