Title (eng)
A charged particle veto detection system for kaonic deuterium measurements at DAΦNE
Parallel title (deu)
Ein Veto-Detektorsystem zur Messung Kaonischer Atome an DAΦNE
Author
Marlene Tüchler
Advisor
Johann Zmeskal
Assessor
Johann Zmeskal
Abstract (deu)
Im nicht-perturbativen, niederenergetischen Bereich der QCD wirft die Wechselwirkung zwischen Antikaonen und Nukleonen noch immer viele ungelöste Fragen auf und wird daher intensiv erforscht. Das Studium dieser Antikaon-N-Interaktionen bietet Einsicht in die komplexen Prozesse der chiralen Symmetriebrechung und führt zu einem besseren Verständnis von fundamentalen Konzepten in der Hadronenphysik, wie etwa die Herkunft der Hadronenmassen. Röntgenspektroskopie von kaonischen Atomen hat sich als vielseitiges Werkzeug
zur Untersuchung der starken Wechselwirkung bei niedrigen Energien erwiesen, da sie eine direkte Beobachtung des Einflusses derselben auf den Grundzustand kaonischer Atome ermöglicht. Das SIDDHARTA-2-Experiment, das derzeit am DAΦNE-Beschleunigerkomplex im italienischen Frascati gebaut wird, hat die Bestimmung der Energieverschiebung und der Breite des 1s-Zustandes in kaonischem Deuterium mit einer Präzision von 30 eV beziehungsweise 75 eV
zum Ziel. Diese Messung wird jedoch durch die für kaonisches Deuterium erwartete niedrige Röntgenausbeute bedeutend erschwert. Daher ist eine Verbesserung des Signal/Hintergrund-Verhältnisses um mindestens eine Größenordnung im Vergleich zu den vorhergehenden Messungen mit kaonischem Wasserstoff (SIDDHARTA) unbedingt erforderlich. Diese Verbesserung in SIDDHARTA-2 basiert auf der Implementierung dreier Updates: eines leichten, kryogenischen Targets, eines neuentwickelten großflächigen Röntgendetektionssystems bestehend aus Siliziumdriftdetektoren und eines Vetosystems zur Hintergrundunterdrückung. Dieses setzt sich aus einem äußeren Vetosystem (Veto-1) zur aktiven Abschirmung und einem inneren Vetosystem (Veto-2) zusammen. Letzteres ist neben der aktiven Abschirmung auch für die Unterdrückung von signalkorreliertem Hintergrund, bestehend aus geladenen Teilchen, verantwortlich. Für beide Vetosysteme ist eine hervorragende Zeitauflösung essentiell.
Das Veto-2-System wurde am Stefan-Meyer-Institut gefertigt, getestet und optimiert. Seine Zeitauflösung, Nachweisempfindlichkeit sowie sein Verhalten in einem breiten Temperaturbereich wurden untersucht und zufriedenstellende Ergebnisse konnten erzielt werden. Ein erster Teil der Veto-2-Detektoreinheiten wurde im SIDDHARTA-2-Aufbau in Frascati installiert.
Abstract (eng)
In the non-perturbative, low-energetic regime of QCD, the interaction between antikaons and nucleons close to threshold still poses many unresolved questions and is thus the subject of extensive research. The study of the antikaon-N interaction allows to gain insight in the complex processes of chiral symmetry breaking, leading to a better understanding of fundamental concepts in hadron physics like the origin of the hadron masses. X-ray spectroscopy of kaonic atoms provides a versatile tool to study the strong interaction at low relative energies via a direct observation of its influence on the ground state of kaonic atoms. The SIDDHARTA-2 experiment, currently under construction at the DAΦNE collider complex in Frascati, Italy, aims to
determine the energy shift and width of the kaonic deuterium 1s state induced by the strong interaction with precisions of 30 eV and 75 eV, respectively.
However, this measurement is severely aggravated by the low kaonic deuterium X-ray yield. Due to this challenge, an improvement of the signal-to-background ratio by at least one order of magnitude compared to the previously performed kaonic hydrogen measurement (SIDDHARTA) is crucial. This increase will be achieved in SIDDHARTA-2 through the implementation of three updates: a lightweight, cryogenic target, a newly developed large-area X-ray detection system consisting of Silicon Drift Detectors, and a dedicated veto system for background suppression. The veto system consists of an outer veto system (Veto-1) for active shielding and an inner veto system (Veto-2)
for active shielding as well as the suppression of signal-correlated background in the form of charged particles. Excellent timing properties are required for both veto detectors.
The Veto-2 system was constructed, tested and optimised at the Stefan Meyer Institute. The time resolution, detection effciency and its performance within a broad temperature range were studied and satisfying results were obtained. The first detector units of the Veto-2 system were installed in the SIDDHARTA-2 setup in Frascati.
Keywords (eng)
Kaonic atomslow-energy QCDphotodetectorssilicon photomultiplierhadronic atomshighly efficient X-ray spectroscopyantikaon-nucleon-interaction
Keywords (deu)
Kaonische Atomeniederenergetische QCDPhotodetektorenSilicon Photomultiplierhadronische Atomehocheffiziente RöntgenspektroskopieAntikaon-Nukleon-Interaktion
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1351419
rdau:P60550 (deu)
iv, 58 Seiten, v-xiv Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
73
Association (deu)
Title (eng)
A charged particle veto detection system for kaonic deuterium measurements at DAΦNE
Parallel title (deu)
Ein Veto-Detektorsystem zur Messung Kaonischer Atome an DAΦNE
Author
Marlene Tüchler
Abstract (deu)
Im nicht-perturbativen, niederenergetischen Bereich der QCD wirft die Wechselwirkung zwischen Antikaonen und Nukleonen noch immer viele ungelöste Fragen auf und wird daher intensiv erforscht. Das Studium dieser Antikaon-N-Interaktionen bietet Einsicht in die komplexen Prozesse der chiralen Symmetriebrechung und führt zu einem besseren Verständnis von fundamentalen Konzepten in der Hadronenphysik, wie etwa die Herkunft der Hadronenmassen. Röntgenspektroskopie von kaonischen Atomen hat sich als vielseitiges Werkzeug
zur Untersuchung der starken Wechselwirkung bei niedrigen Energien erwiesen, da sie eine direkte Beobachtung des Einflusses derselben auf den Grundzustand kaonischer Atome ermöglicht. Das SIDDHARTA-2-Experiment, das derzeit am DAΦNE-Beschleunigerkomplex im italienischen Frascati gebaut wird, hat die Bestimmung der Energieverschiebung und der Breite des 1s-Zustandes in kaonischem Deuterium mit einer Präzision von 30 eV beziehungsweise 75 eV
zum Ziel. Diese Messung wird jedoch durch die für kaonisches Deuterium erwartete niedrige Röntgenausbeute bedeutend erschwert. Daher ist eine Verbesserung des Signal/Hintergrund-Verhältnisses um mindestens eine Größenordnung im Vergleich zu den vorhergehenden Messungen mit kaonischem Wasserstoff (SIDDHARTA) unbedingt erforderlich. Diese Verbesserung in SIDDHARTA-2 basiert auf der Implementierung dreier Updates: eines leichten, kryogenischen Targets, eines neuentwickelten großflächigen Röntgendetektionssystems bestehend aus Siliziumdriftdetektoren und eines Vetosystems zur Hintergrundunterdrückung. Dieses setzt sich aus einem äußeren Vetosystem (Veto-1) zur aktiven Abschirmung und einem inneren Vetosystem (Veto-2) zusammen. Letzteres ist neben der aktiven Abschirmung auch für die Unterdrückung von signalkorreliertem Hintergrund, bestehend aus geladenen Teilchen, verantwortlich. Für beide Vetosysteme ist eine hervorragende Zeitauflösung essentiell.
Das Veto-2-System wurde am Stefan-Meyer-Institut gefertigt, getestet und optimiert. Seine Zeitauflösung, Nachweisempfindlichkeit sowie sein Verhalten in einem breiten Temperaturbereich wurden untersucht und zufriedenstellende Ergebnisse konnten erzielt werden. Ein erster Teil der Veto-2-Detektoreinheiten wurde im SIDDHARTA-2-Aufbau in Frascati installiert.
Abstract (eng)
In the non-perturbative, low-energetic regime of QCD, the interaction between antikaons and nucleons close to threshold still poses many unresolved questions and is thus the subject of extensive research. The study of the antikaon-N interaction allows to gain insight in the complex processes of chiral symmetry breaking, leading to a better understanding of fundamental concepts in hadron physics like the origin of the hadron masses. X-ray spectroscopy of kaonic atoms provides a versatile tool to study the strong interaction at low relative energies via a direct observation of its influence on the ground state of kaonic atoms. The SIDDHARTA-2 experiment, currently under construction at the DAΦNE collider complex in Frascati, Italy, aims to
determine the energy shift and width of the kaonic deuterium 1s state induced by the strong interaction with precisions of 30 eV and 75 eV, respectively.
However, this measurement is severely aggravated by the low kaonic deuterium X-ray yield. Due to this challenge, an improvement of the signal-to-background ratio by at least one order of magnitude compared to the previously performed kaonic hydrogen measurement (SIDDHARTA) is crucial. This increase will be achieved in SIDDHARTA-2 through the implementation of three updates: a lightweight, cryogenic target, a newly developed large-area X-ray detection system consisting of Silicon Drift Detectors, and a dedicated veto system for background suppression. The veto system consists of an outer veto system (Veto-1) for active shielding and an inner veto system (Veto-2)
for active shielding as well as the suppression of signal-correlated background in the form of charged particles. Excellent timing properties are required for both veto detectors.
The Veto-2 system was constructed, tested and optimised at the Stefan Meyer Institute. The time resolution, detection effciency and its performance within a broad temperature range were studied and satisfying results were obtained. The first detector units of the Veto-2 system were installed in the SIDDHARTA-2 setup in Frascati.
Keywords (eng)
Kaonic atomslow-energy QCDphotodetectorssilicon photomultiplierhadronic atomshighly efficient X-ray spectroscopyantikaon-nucleon-interaction
Keywords (deu)
Kaonische Atomeniederenergetische QCDPhotodetektorenSilicon Photomultiplierhadronische Atomehocheffiziente RöntgenspektroskopieAntikaon-Nukleon-Interaktion
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1351420
Number of pages
73
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