A CMS kísérlet "minimum bias" triggere Pb+Pb ütközésekben

A minimum bias triggerek szerepe p+p ütközésekben a luminozitás növelésével csökkent, viszont Pb+Pb ütközésekben fontos maradt amiatt, hogy itt az egy nyalábcsomag-keresztezésben tör-tén® hadronikus ütközés valószín¶sége 2010-ben csak 0.01% körüli volt, és várhatóan 2011-ben is 0.1% alatt marad majd. Ezért itt nem hasznos a zero bias trigger alkalmazása.

Mivel egy átlagos Pb+Pb ütközésben sokkal több részecske keletkezik mint a p+p ütközé-sekben, azt hihetnénk, hogy ezek felismerése egyszer¶ feladat, hiszen annak a valószín¶sége, hogy legalább egy töltött részecske áthalad a BSC detektoron, igen nagy. Ez azonban csak részben igaz, ugyanis a Pb+Pb ütközések többsége egyszer¶ geometriai okokból periférikus, és nem centrális. Ezekben a periférikus ütközésekben tulajdonképpen csak néhány nukleon ütkö-zik egymással, és ezért a trigger hatásfoka nem sokkal nagyobb mint p+p ütközésekben. Mivel ezek a periférikus ütközések adják a teljes hatáskeresztmetszet legnagyobb járulékát, a teljes

2.4 A CMS kísérlet "minimum bias" triggere Pb+Pb ütközésekben 37 trigger hatásfok néhány százalékkal elmarad a 100%-tól.

A Pb+Pb ütközésekben viszont nagy jelent®séggel bír, hogy a minimum bias triggernek mi-nél nagyobb hatáskeresztmetszete legyen. Ez amiatt fontos, mert a Pb+Pb ütközésekben kapott eredményeket mindig az ütközés centralitásának függvényében vizsgáljuk. A centralitást a teljes hadronikus hatáskeresztmetszet százalékában adjuk meg, és az ütközésben résztvev® nukleonok számával (Npart) jellemezzük, amelyet a Glauber-modellb®l kapunk. Ha viszont nem tudjuk pontosan a trigger hatásfokát (amely annál inkább így van, minél kisebb maga a hatásfok), ak-kor a centralitás-osztályaink határai elcsúszhatnak. Ez a centrális ütközések esetén nem jelent gondot, de a periférikus ütközésekhez társított N_part érték jelent®s szisztematikus hibával és bizonytalansággal rendelkezhet, nagyon megnehezítve éppen az elemi (p+p) ütközésekkel való pontos összehasonlítást.

Ekkor a stratégiánk az lehetne, hogy a teljes hatáskeresztmetszet minél nagyobb részét ér-zékelje minimum bias triggerünk. Ehhez használhatjuk a BSC detektor egyetlen szegmens jelét megkövetel® nagy hatásfokú triggerét. Ez valóban lefedi szinte a teljes hadronikus hatáskereszt-metszetet. Fellép azonban egy súlyos probléma, amely az LHC ütközési energiáján érzékelhet®

el®ször. Ez pedig az ultra-periférikus ütközések (UPC) hatása. Ezeknek jellemz®je, hogy a nagy Lorentz-kontrakciót szenved® Pb ionok elektromos tere annyira er®s lesz, hogy egymás mellett elhaladva γ+Pb ütközések történhetnek, amelyek az Pb atommag felbomlásához ve-zethetnek, gyakran töltött részecské(ket) is produkálva a BSC által lefedett szögtartományban.

Ennek a folyamatnak a valószín¶sége egy nagyságrenddel nagyobb, mint az er®s kölcsönhatás által vezérelt hadronikus ütközéseké. További jellemz®je ezeknek a folyamatoknak, hogy nagy valószín¶séggel csak az egyik oldalon, a nyalábhoz képest kis szögben történik részecskekeltés.

Emiatt a BSC fent említett triggere túlérzékeny lesz, azaz az UPC folyamatok egy részére is reagál, és megtöbbszörözi a trigger frekvenciát, ugyanakkor lecsökkenti a kiválasztott esemé-nyekben található valóban érdekes, hadronikus ütközések arányát. Mindezek miatt ez a trigger nem alkalmazható Pb+Pb ütközésekben.

A legjobb választás minimum bias triggerre tehát a BSC detektor koincidenciája, azaz egy-egy szegmens egy-egyidej¶ jelének megkövetelése az ütközési pont két oldalán. A centrális ütkö-zésekben száz töltött részecske is áthalad egy-egy BSC szegmensen, óriási amplitúdójú jeleket keltve, ami elektronikai jelleg¶ problémákhoz, a jelek visszaver®dései miatt a trigger többszöri megszólalásához vezethet. A Pb+Pb mérési periódusra készülve ezért úgy döntöttem, hogy a megfelel® és biztonságos minimum bias trigger a BSC koincidencia és a HF kaloriméterben hasonlóan deniált koincidencia logikai VAGY m¶velettel való kombinálása lesz. Ekkor a két detektor közül bármelyiknek a m¶ködési zavara esetén a másik detektor trigger jele automa-tikusan rendelkezésre áll. Emellett az ütközések kb. 1.5-2%-a a BSC koincidenciát nem, csak a HF koincidenciát aktiválta, és fordítva. Kombinációjukkal tehát elérhet® volt a maximá-lis trigger hatáskeresztmetszet, minimámaximá-lis (néhány százalék) zaj hozzáadásával. Az el®re nem sejthet® nyalábmin®ség miatt óvatosan kellett terveznünk, így végül megköveteltük, hogy a

fenti triggerjel csak akkor legyen érvényes, ha egyidej¶leg mindkét BPTX detektor jelezte az ionnyaláb-csomagok CMS felé közeledését. Ezzel az esetleges zajt, kozmikus sugárzásból és radioaktivitásból származó hátteret, többszörös téves triggerjeleket, nyaláb által okozott egyéb hátteret csökkentettük, hiszen Pb+Pb ütközés csak akkor történhetett, ha mindkét BPTX detektor jelet adott.

Az így kiválogatott eseményekre az adatfeldolgozás során megköveteltük a rekonstruált ütkö-zési pont létezését is. Az ezzel a feltétellel együtt elért eseményválogatási hatásfok a hadronikus Pb+Pb ütközésekre nézve99±1%volt mágneses tér nélkül végzett mérések esetén, és97±3%a teljes mágneses tér (3.8 T) jelenlétében. A trigger ugyanakkor tiszta is volt, mindössze néhány százaléknyi zajt, hibás jelet tartalmazott. A Pb+Pb ütközések mérésénél az én feladatom volt az L1, alsó szint¶ triggerek tervezése és az ezzel kapcsolatos tevékenységek, különösen a BSC detektor beüzemelése és adaptálása. Ez a trigger rendszer kiválóan m¶ködött, és még az LHC ionnyalábjainak kevésbé tiszta állapotát is sikeresen tudta volna kezelni.

39