PANDA-Detektor Überblick

Das umfangreiche, im Rahmen des PANDA-Experiments geplante Physikprogramm verlangt einen vielseitigen Detektor mit voller Raumwinkelabdeckung und den Möglichkeiten für eine präzise Rekonstruktion der Teilchenspuren, Vertexbestimmung (Herkunftsort der produzierten Teilchen), Impuls- und Energiemessung (Kalorimetrie) und Teilchenidentifizierung.

Die vom HESR-Beschleunigerring gelieferten Antiprotonen kollidieren im Wechselwirkungspunkt mit den quasi ruhenden Protonen des Targets (Fixed Target Experiment). Der Antiprotonenimpuls kann von 1,5 bis 15 GeV/c variiert werden, und die Kollisionsrate liegt bei einer angestrebten Luminosität von 2x1032 cm-2s-1 bei bis zu 20 Millionen pro Sekunde.

In Folge von Impuls- und Energieerhaltung werden sich die in Folge der Kollisionen produzierten Teilchen hauptsächlich in Strahlrichtung weiterbewegen (Boost). Der Detektor wird daher in zwei Bereiche unterteilt, wie in der unten stehenden Abbildung dargestellt ist:  das Targetspektrometer (Targetsystem) und das Vorwärtsspektrometer. Um den Wechselwirkungspunkt herum ist das Targetspektrometer aufgebaut, dessen Subsysteme zur größtmöglichen Raumwinkelabdeckung schalenförmig von innen nach außem angeordnet sind . Dahinter in Strahlrichtung folgt das Vorwärtsspektrometer, für den Nachweis und die Vermessung von Teilchen, die unter kleinem Winkel in Strahlrichtung produziert werden und durch die Öffnung um das Beschleunigerstrahlrohr (Beampipe) entkommen, und somit nicht im Targetspektrometer detektiert werden können.

 

Anordnung der Detektorkomponenten im Targetspektrometer

In der Längsrichtung wird der Detektor vom Strahlrohr für die Führung der Antiprotonen durchzogen. Die Protonen werden über das Targetsystem "von oben" zugeführt.

Um den Wechselwirkungspunkt herum ist der Mikrovertexdetektor (MVD) platziert, gefolgt vom Straw Tube Tracker (STT) und in Strahlrichtung Gas Electron Multiplier (GEM).  Die Aufgaben dieser Detektorsystem liegen im Bereich der Vertex- und Spurrekonstruktion und z.T. auch in der Identifizierung geladener Teilchen.

Dieser zentrale Bereich (Central Tracker) ist vom Elektromagnetischen Kalorimeter (EMC) zur Detektion und Vermessung von Photonen und Elektronen umgeben und diesem folgt dasHauptsystem für die Identifizierung geladener Teilchen, der  Barrel- und Disc-DIRC (Detection of Internally Reflected Cherenkov Light ).

Den Abschluss bildet das Magnetsystem zur Impulsbestimmung geladener Teilchen bestehend aus der Spule zur Erzeugung des Feldes und dem Joch für die Flussrückführung, wobei in letzterem zusätzliche Muon Tracker zum Nachweis von Myonen integriert sind.

 

Anordnung der Detektorkomponenten im Vorwärtsspektrometer

Hier sind die Detektoren nachfolgend in Strahlrichtung angeordnet:

- Driftkammer zur Spurrekonstruktion geladener Teilchen

- Shashlyk Kalorimeter zur Detektion und Vermessung von Photonen und Elektronen

- Ring Imaging Cherenkov Detector  (RICH) zur Teilchenidentifizierung

- Time-of-Flight Detektor (TOF) zur Teilchenidentifizierung

- Magnetsystem zur Impulsbestimmung geladener Teilchen

- Muon Range System zum Nachweis von Myonen