Transcript
Page 1: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

С.Белостоцкий сессия 2010

OLYMPUSOLYMPUS экспериментэксперимент

В. АндреевС.Белостоцкий Д.ВеретенниковГ.ГавриловА.ИзотовА.КиселевП.КравченкоА.КрившичО.МиклухоЮ.Нарышкин

+Отд.трек.дет.

Page 2: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Born ep CROSS SECTION AND POLARIZATIONTRANSFR

2 2 2 2E M

2

Mott

2

r2 2 2

p

e

E

2

M

G (Q ) G (Q )

G (Q ) G (

d d 1,

d d (1 )

Q,

4M

1photon polarizati

Q )

on , 0 1.1 2(1 )tan ( / 2)

pk'pk

ek 'ek

q

pJ

eJ Unpolarized cross section

С.Белостоцкий сессия 2010

Page 3: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Born ep CROSS SECTION AND POLARIZATIONTRANSFR

2 2 2 2E M

2

Mott

2

r2 2 2

p

e

E

2

M

G (Q ) G (Q )

G (Q ) G (

d d 1,

d d (1 )

Q,Q

4M

1, 0 1.

1 2(1 ) tan ( /

)

2)

photon polarization

pk'pk

ek 'ek

q

pJ

eJ Unpolarized cross section

Proton magnetic form factor

С.Белостоцкий сессия 2010

Page 4: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Born ep CROSS SECTION AND POLARIZATIONTRANSFR

2 2 2 2E M

2

Mott

2

r2 2 2

p

e

E

2

M

G (Q ) G (Q )

G (Q ) G (

d d 1,

d d (1 )

Q,Q

4M

1, 0 1.

1 2(1 ) tan ( /

)

2)

photon polarization

pk'pk

ek 'ek

q

pJ

eJ Unpolarized cross section

Proton magnetic form factor

2 2

2p E 22 2M

Untill recently it was commonly

accepted t

μ G (Q )1 at

hat

Q 10 GeV / cG (Q )

С.Белостоцкий сессия 2010

Page 5: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Born ep CROSS SECTION AND POLARIZATIONTRANSFR

2 2 2 2E M

2

Mott

2

r2 2 2

p

e

E

2

M

G (Q ) G (Q )

G (Q ) G (

d d 1,

d d (1 )

Q,Q

4M

1, 0 1.

1 2(1 ) tan ( /

)

2)

photon polarization

pk'pk

ek 'ek

q

pJ

eJ Unpolarized cross section

Proton magnetic form factor

иными словами, распределения заряда и магнетизма в протонесовпадают вплоть до растояний порядка 0.065 fm-1 !!

С.Белостоцкий сессия 2010

Page 6: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Puzzle of Proton Form Factor RatioPuzzle of Proton Form Factor Ratio

С.Белостоцкий сессия 2010

Page 7: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Dramatic discrepancy between Rosenbluth and recoil polarization technique

Jefferson LabMeasurement of recoil proton polarization

Puzzle of Proton Form Factor RatioPuzzle of Proton Form Factor Ratio

2 2E2 2M

'e e

ep

G (Q )

G (Q )

E EPtan( / 2)

P 2M

С.Белостоцкий сессия 2010

Page 8: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Contribution of Two Photon Exchange Effects Contribution of Two Photon Exchange Effects ????

+ e,p bremschtr.

С.Белостоцкий сессия 2010

p bremm

2 2 2 * 2 *ep ep Born Born 2 e bremmM M 2e M Re M 2e M M

Page 9: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Contribution of Two Photon Exchange Effects Contribution of Two Photon Exchange Effects ????

+ e,p bremschtr.

С.Белостоцкий сессия 2010

p bremm

2 2 2 * 2 *ep ep Born Born 2 e bremmM M 2e M Re M 2e M M

Page 10: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Contribution of Two Photon Exchange Effects Contribution of Two Photon Exchange Effects ????

p bremm

2 2 2 * 2 *ep ep Born Born 2 e bremmM M 2e M Re M 2e M M

2 2 2 *Born Born e bremstr p bremstr

2 2 2 *Born Born e bremstr p brems2 t

*r

*2Re(M )

Re

M 2e M 2e R e(M M )

M 2e M 2e Re(M MM ) )(

Charge asymmetry

P.G. Blunden et al.,Phys. Rev. C 72, 034612 (2005)

+ e,p bremschtr.

С.Белостоцкий сессия 2010

Model dependent

Page 11: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

OLYMPUSEbeam=2 GeVarea

Dec.2010

С.Белостоцкий сессия 2010

Page 12: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

The OLYMPUS ExperimentThe OLYMPUS Experiment• Electrons/positrons (100mA) in multi-GeV storage ring DORIS at

DESY, Hamburg, Germany

• Unpolarized internal hydrogen target (like HERMES) 3 x 1015 at/cm2 @ 100 mA → L = 2x1033 / (cm2s)

• Measure elastic e+/e- proton scattering to 1% precision at 2 GeV energy with ε range from 0.4 to 1 at high Q2 ~ 2-3 (GeV/c)2 using the existing Bates Large Acceptance Spectrometer Toroid

• Experiment requires switching from e+ beam to e- beam on timescale of ≤ 1 day.

• Redundant monitoring of luminosity, pressure, temperature, flow, current measurements - small-angle elastic scattering at high ε and low Q2

С.Белостоцкий сессия 2010

Page 13: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Создана Коллаборация OLYMPUS; Разработан TDR , в котором обозначен материальный и интелектуальный вклад участников в эксперимент; ПИЯФ и DESY подписали MoU о проведении эксперимента и об обязательствах сторон ; Эксперимент оффициально одобрен Департаментом Энергии США с гарантией финансовой поддержки; Администрация ОФВЭ поддерживает эксперимент и выделяет средства на разработку и изготовление аппаратуры, являющейся материальным вкладом института; Администрация DESY поддерживает эксперимент и содействует его проведению.

Статус эксперимента и вклад ПИЯФ

Разработана и производится трековая система монитора светимости (7 модулей пропорциональныхкамер, XUV-плоскости, шаг 1мм, всего на 2 200 каналов) для ep-elastic монитора. Проп.камеры будут использоваться в комбинации с GEM дет.ПИЯФ является отвественным за Slow Control;ПИЯФ участвует в Monte-Carlo моделировании эксперимента и в обработке и анализе экспериментальных данных.

С.Белостоцкий сессия 2010

Page 14: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

time-of-flight

scintillators

target

GEMtrackers

12deg luminosity

GEM+MWPC

magnet coils

drift chambers

Moller/Bhabh

luminosity calorimeters

DORISbeam

OLYMPUS Experiment OLYMPUS Experiment

С.Белостоцкий сессия 2010

ep – coincidences, tracking, TOF, Δp/p

Page 15: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

12 deg Luminosity Monitor 12 deg Luminosity Monitor

3GEMs+3MWPCs left /right symmetricallocated between toroid coilsserious difficulties with lack of space3GEMs+3MWPCs MC-tracking simulation

PCOS readout

С.Белостоцкий сессия 2010

Page 16: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Target System Target System

DESY integration:Will be new vacuum segment.Valves controlled by DESY vacuum group.

Pumps and internal valves will be controlled by OLYMPUS

Target Beamline Target Beamline

С.Белостоцкий сессия 2010

Page 17: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Test Beam Time in 2011 Test Beam Time in 2011

• TOF bars (spares from OLYMPUS)• 3 Lumi GEM detectors• 2 MWPC (prototype)• 16 lead glass detectors (Bonn)

Installation week 12-18 January

С.Белостоцкий сессия 2010

Page 18: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Time lines

Done-DCs wiring and tests-Toroid powering, control field mapping-TOF scint. counters revised, checked -Target cell fabricated Well on track-DORIS beam e+ /e- test 2.-2.3 GeV-IP area preparation, target installation January 2011-In construction• GEM trackers• 12 deg lumi: GEM+MWPC• Möller/Bhabha lumi calo Test run start January 2011 Detector commissioning in parking position February 2011Detector commissioning in DORIS beam August 2011 Data taking 2012

С.Белостоцкий сессия 2010

Page 19: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

BACKUP SLIDES

Page 20: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Richard Milner DESY April 6, 2009 20

Projected OLYMPUS uncertaintiesProjected OLYMPUS uncertainties

Page 21: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Richard Milner DESY April 6, 2009 21

Page 22: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

•Target cell installed and aligned•Cold-head installed•Pumps and controllers connected•Vacuum gauges connected

Target System Target System

R. Beck, F. Brinker DESY MAC 2010

Page 23: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

• Shipped without wires• Completely re-wired• Currently

– electronics assembly

Wire Chambers Wire Chambers

R. Beck, F. Brinker DESY MAC 2010

Page 24: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

• Existing radiation hard PbF2 crystals

• Assembly and testing

Moller/Bhabha Luminosity Monitor Moller/Bhabha Luminosity Monitor

R. Beck, F. Brinker DESY MAC 2010

Page 25: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

ep ep e pM e e

Radiative Corrections & TPE graphs

p bremm

2 22 2 * *ep ep e p Born e p Born 2 e p e bremmM e e M 2e e M Re M 2e e M M

Calculable standardradiative correction

Contribution from two photon exchange diagram not taken into account in traditional analysis may be an explanation

S.Belostotski Seminar HEPD, May 05 2009

Change sign

Page 26: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

ELASTIC ep SCATTERING AMPLITUDE ,CROSS SECTION AND POLARIZATIONTRANSFR

2

rMott p

2 2 2 2

2

2 2 2 2M

e

E E MG (Q ) G (Q ) G (Qd d 1 Q

, ,d d (1 ) 4M

1, 0 1.

1 2(1 ) tan ( / 2

) G (Q )

)photon polarization

pk'pk

ek 'ek

q

pJ

eJ

2 2' 'e e e p p pM2 E

1M e u k u k G (Q ) G (Q )e u k i q u k

q

In plane wave Born (OPE) approximation e-p scattering invariant amplitud

e

pJeJ Using M one may calculate all necessary observables:

Unpolarized cross section

Spin transfer from longitudinally polarized electron to recoil proton

2 2E2 2M

'e e

ep

G

(

E Etan(

(Q )

G (Q 2)

P

P M

P

P

Longitudinal polarization component (along recoil proton momentum)

Transverse polarizationcomponent in scattering plane

perp. to recoil proton momentum

)

/ 2)

under study

S.Belostotski Seminar HEPD, May 05 2009

Page 27: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Extraction of FFs from Unpolarized Elastic e-p ScatteringExtraction of FFs from Unpolarized Elastic e-p Scattering

Proton magnetic form factor

3R

2

iqx 3

3R

0

22 22

2

2D

22D

D

e e d x8

sin qRG Q

G Q

e RdR2 q

, Q qQ

0.84Ge

Q

V

GDipole parametrization

with

By far not idealbut acceptableparameterization

S.Belostotski Seminar HEPD, May 05 2009

Page 28: С.Белостоцкий сессия 2010 OLYMPUS эксперимент В. Андреев С.Белостоцкий Д.Веретенников Г.Гаврилов А.Изотов

Schedule for studies

• Operation at 2.3 GeV successfully tested in 2009/2010• Electron tests in February 2011 • First runs with test experiment in February 2011• Test runs without detector during two service weeks in April

and June 2011 ( ~ 48 hours each week )• Starting full operation with detector in August 2011• Detector commissioning and beam studies during service

weeks in September and October 2011 + parasitic running at 4.5 GeV ( w/o target )

• Possibilities for access and short tests on most Wednesdays

• 1 week commissioning in January 2012

6 shifts in 1 week

4 days

4 days

2 days

_______

12 days


Recommended