Das ZEUS‐Präzisionskalorimeter für HERA

Abstract

Die groBte Herausforderung an einen HERA-Detektor bilden Reaktionen, bei denen Neutrinos erzeugt werden, da diese im Detektor keine Spur hinterlassen. Zu solchen Prozessen gehoren beispielsweise Geladene-Strom-Reaktionen (CC-Ereignisse; CC = charged current), die eng mit dem P-Zerfall des Neutrons verwandt sind: Uber den Austausch eines geladenen Vektorbosons (W') wird ein Neutrino erzeugt, wobei im Detektor nur ein enges Bundel (Jet) von Hadronen wie Pionen, Kaonen oder Protonen zu beobachten ist (vgl. Abb. 1). Zum Nachweis von CC-Ereignissen und zur Bestimmung der Reaktionskinernatik bleibt also nur die Beobachtung des Hadron-Jets: Seine Energie und Richtung miissen mit hochster Genauigkeit gemessen werden. Dafiir reichen die klassischen Verfahren, bei denen der Impuls der geladenen Teilchen mittels Magnetfeld und die Energie von Photonen in einem elektromagnetischen Detektor gemessen werden, allerdings nicht aus. Das liegt daran, daB bei HERA die Jets Energien bis zu einigen hundert GeV erreichen konnen, die Teilchen im Jet sehr eng gebundelt sind, und dariiber hinaus neben Photonen auch andere neutrale Teilchen wie KO-Mesonen oder Neutronen eine wichtige Rolle spielen und nachgewiesen werden mussen. Der einzige Detektortyp, der eine solche Messung ermoglicht, ist ein Kalorimeter, das aus vielen Lagen aufeinanderfolgender Absorberplatten und Detektorebenen besteht, in denen die auftreffenden Teilchen iiber Sekundarprozesse Teilchenschauer auslosen, die dann nachgewiesen werden (sog. Sampling-oder Stichproben-Kalorimeter). Die Energie des einfallenden Teilchens ergibt sich aus der Summe der Signale aller Detektorebenen. Zwei Eigenschaften zeichnen dieses Kalorimeter besonders aus. Die im Idealfall erreichbare Energieauflosung wird wegen der statistischen Natur der g Neutrino = 64 GeV \ FCAL BCAL RCAL Abb. 1: Geladener-Strom-Reaktion (CC-Ereignis): Beim Zusammenstofi eines Protons mit einem Elektron wird ein Neutrino rnit dern Impuls q = 64 GeVlc und ein enges Biindel (Jet) von Hadronen rnit q = 160 GeVlc erzeugt. Der Jet fiihrt zu einem Teilchenschauer im Kalorimeter (schraffierte Flache im FCAL). Ein weiteres Teilchenbiindel, das praktisch die Richtung des Protonenstrahls hat, entkommt unentdeckt im Strahlrohr. Das CC-Ereignis ist hier als Reaktion irn ZEUS-Kalorimeter dargestellt. Das Kalorimeter ist in das Vorwarts-(FCAL), Zentral-(BCAL) und Riickwartskalorimeter (RCAL) unterteilt. Die longitudinale und transversole Segmentierung der Kalorimeterauslese ist im linken Teilbild durch senkrechte bzw. waagerechte * Dr. Robert Klanner, Dr. Giinter Wolf, Linien angedeutet. Das rechte Teilbild verdeutlicht die transversale Segmentierung des Zentral-DESY, 2000 Hamburg 52. Kalorimeters durch radial und konzentrisch verlaufende Linien (vgl. Abb. 5). 0031-9279/89/0909-0365 $02.50/0 -0 Physik-Verlag GmbH, D-6940 Weinheim, 1989