ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Sedat YILMAZ CMS DENEYİ HADRONİK KALORİMETRESİNDEKİ HPD LERİN GÜRÜLTÜ ANALİZLERİ FİZİK ANABİLİM DALI ADANA, 2012

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ CMS DENEYİNDE HADRONİK KALORİMETRESİNDEKİ HPD LERİN GÜRÜLTÜ ANALİZLERİ SEDAT YILMAZ YÜKSEK LİSANS TEZİ FİZİK ANABİLİM DALI Bu tez /.../2012 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oybirliği/Oyçokluğu İle Kabul Edilmiştir Prof.Dr.Aysel KAYIŞ TOPAKSU Prof.Dr. İsa DUMANOĞLU Doç.Dr. Mustafa TOPAKSU DANIŞMAN ÜYE ÜYE Bu tez Enstitümüz Fizik Anabilim Dalında hazırlanmıştır. Kod No: Prof. Dr. Selahattin SERİN Enstitü Müdürü Bu Çalışma Ç.Ü. Araştırma Projeleri Birimi Tarafından Desteklenmiştir. Proje No: FEF2012YL5 Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge ve fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ CMS DENEYİ HADRONİK KALORİMETRESİNDEKİ HPD LERİN GÜRÜLTÜ ANALİZLERİ Sedat YILMAZ ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FİZİK ANABİLİM DALI Danışman : Prof. Dr. Aysel KAYIŞ TOPAKSU Yıl: 2012 Sayfa:59 Jüri : Prof. Dr. Aysel KAYIŞ TOPAKSU : Prof. Dr. İsa DUMANOĞLU : Doç. Dr. Mustafa TOPAKSU HCAL kalorimetresinin alt detektörlerinden biri olan HO nun okuma ünitesinde(rbx) hibrit foto diyot (HPD) lar bulunmaktadır. HPD ler ve RBX lerin yapılarından dolayı gürültüler meydana gelmektedir. HO da bulunan gürültülü HPD/RBX ler saptanırken, ilk olarak her bir RBX tarafından okunan zaman dilimlerinde (TS) analog dijital çeviricilerin (ADC) 0 okuma sayısı hesaplanarak bir kısıtlama koyulmuştur. Bu kısıtlamalar ile HPD iyon geribesleme, HPD boşalım ve RBX gürültüsünden kaynaklanan gürültülü HPD/RBX ler saptanmaya çalışılmıştır. Fizik verileri oluşturulurken bu gürültülerin doğru bir şekilde hesaplanmış olması önem teşkil etmektedir. Anahtar Kelimeler: HCAL, CMS, GÜRÜLTÜ, HPD, RBX. I

4 ABSTRACT MSc THESIS NOISE ANALYSIS OF HPDS IN THE HADRONIC CALORIMETER OF CMS EXPERIMENT Sedat YILMAZ ÇUKUROVA UNIVERSITY INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES DEPARTMENT OF PHYSICS Supervisor : Prof. Dr. Aysel KAYIŞ TOPAKSU Year: 2012 Pages:59 Jury : Prof. Dr. Aysel KAYIŞ TOPAKSU : Prof. Dr. İsa DUMANOĞLU : Asst. Prof. Dr. Mustafa TOPAKSU HO which is one of the subdedectors of the HCAL calorimeter has RBXs as reading units and there are hybrid photo diodes (HPDs) inside them. Different kinds of noise are present because of the structures of HPDs and RBXs. To find out the noisy HPD/RBXs in HO, the cut is defined by calculating ADC=0 numbers in TSs. With this cut noisy HPD/RBXs which are caused by HPD ion feedback, HPD discharge and RBX noise are found. It is important that to obtain accurate physics data this kind of noise must be considered. Key Words: HCAL, CMS, NOISE, HPD, RBX. II

5 TEŞEKKÜR Öncelikle bu tez çalışmamın her anında yanımda olan, maddi ve manevi desteğini hiçbir zaman esirgemeyen değerli danışman hocam Sayın Prof. Dr. Aysel KAYIŞ TOPAKSU ya sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Doğrudan ve dolaylı katkıları için Çukurova Üniversitesi Yüksek Enerji Fiziği Grubu öğretim üyeleri Prof. Dr. Gülsen ÖNENGÜT, Prof. Dr. Ayşe POLATÖZ, Prof. Dr. İsa DUMANOĞLU, Prof. Dr. Eda EŞKUT a teşekkür ederim. CERN deki deneysel çalışmalarım sırasında yardımlarını esirgemeyen birlikte çalıştığım, Kadri ÖZDEMİR ve Pawel De BARBARO ye teşekkürü bir borç bilirim. Her zaman yanımda olan, maddi ve manevi desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen sevgili anneme, kız kardeşime ve dayım Ercan BAŞÇEKEN e teşekkür ederim. Hayatımın her anında desteğini hisstettiğim kardeşim Arş. Gör. Özgür YILMAZ a teşekkür ederim. Benim için değerli olan Barış Cem ÖZDOĞAN, Ufuk AKDENİZ, Onur Yetiş KILIÇ, Erdal BAĞCI, Ali EKENEL ve yardımlarını esirgemeyen sevgili grup arkadaşlarıma teşekkür ederim. Ayrıca CERN deki çalışmalarımı maddi olarak destekleyen TAEK e (Türkiye Atom Enerjisi Kurumu) teşekkürü bir borç bilirim. III

6 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ... I ABSTRACT... II TEŞEKKÜR... III İÇİNDEKİLER...IV ÇİZELGELER DİZİNİ...VI ŞEKİLLER DİZİNİ... VII SİMGELER VE KISALTMALAR... X 1. GİRİŞ ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Hızlandırıcılar Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ATLAS ALICE LHCb CMS CMS Koordinat Sistemi CMS nin Alt Dedektörleri İz Dedektörleri Piksel Dedektör İç İzleyici Sistem Elektromanyetik Kalorimetre Hadronik Kalorimetre Müon Sistemi MATERYAL VE METOD Hadronik Kalorimetre Hadronik Fıçı Kalorimetresi Hadronik Kapak Kalorimetresi İleri Hadron Kalorimetresi Hadronik Dış Kalorimetre IV

7 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Hadronik Dış Kalorimetrenin Dizaynı HO Okuma Ünitesi HPD nin Yapısı HPD ve RBX ten Kaynaklanan Gürültü HPD veya RBX ten Kaynaklanan Gürültünün Saptanması İçin Yapılan Çalışmalar HPD veya RBX Gürültü Karakteristiği HPD İyon Geribeslemeden Kaynaklanan Gürültü HPD Boşalımdan Kaynaklanan Gürültü RBX ten Kaynaklanan Gürültü SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ V

8 ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA Çizelge 3.1. Kule ve η aralıkları Çizelge 4.1. HO0 için kanal haritası Çizelge 4.2. HO1P ve HO2P için kanal haritası Çizelge yılında alınan verinin run numarası ve manyetik alan bilgisi VI

9 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA Şekil 1.1. Kuarklar ve leptonlara ait bazı özellikler... 2 Şekil 2.1. Doğrusal ve dairesel hızlandırıcılar... 5 Şekil 2.2. CERN hızlandırıcı kompleksi... 7 Şekil 2.3. BHÇ üzerindeki dedektörlerin Cenevre civarinda nereye yerleştirildiklerini gösteren kuş bakışı görünümü... 7 Şekil 2.4. ATLAS dedektörünün içinden bir görünümü... 8 Şekil 2.5. ALICE dedektörü... 9 Şekil 2.6. LHCb dedektörü... 9 Şekil 2.7. CMS dedektörünün birleştirilmeden önceki görünümü Şekil 2.8. CMS koordinat sistemi Şekil 2.9. Piksel dedektöründen bir görüntü Şekil CMS dedektöründe parçacıkların sahip olduğu iz ve yörüngeler Şekil Higgs bozonunun iki fotona bozunumu ve iki ZZ ye bozunumu Şekil İki fotonun kütle dağılımı ve lepton (4e, 4μ ve 2e2μ) için kütle dağılımı Şekil Elektromanyetik kalorimetrenin iç kısmının görüntüsü Şekil Solda 200 modül kristali ve sağda fıçı süper modül kristalleri (1700 adet) Şekil CMS dedektörünün çeyrek kısmından bir kesit Şekil Müon sisteminin dikine kesiti Şekil 3.1. CMS de HCAL ın görünümü Şekil 3.2. HB ye ait bir sektör Şekil 3.3. HB ve HE Kamalarının Dizilimi Şekil 3.4. HE görünümü Şekil 3.5. HF in görünümü Şekil 3.6. HO nun görünümü Şekil 4.1. CMS dedektöründe HO düzlemlerinin pozisyonlarının gösterimi Şekil 4.2. HO daki sintilatör ışığının WLS yardımıyla toplanması Şekil 4.3. HO RBX sistemi VII

10 Şekil 4.4. HPD nin yapısı Şekil 4.5. HPD lerin kalorimetreden gelen fiber ile bağlantısı Şekil 4.6. Run e ait bir RBX in okuduğu TS lerin ADC değerleri Şekil 4.7. HO için run e ait herbir RBX in okuduğu TS lerin ADC=0 sayısı Şekil 4.8. HBHE için herbir RBX in okuduğu TS lerin ADC=0 sayısı Şekil 4.9. Run ait verinin (a) ieta ve iphi ye göre dağılımı (b) RBX numaralarına göre dağılımı Şekil Run her RBX teki sinyal veren piksellerin sayısı Şekil Her RBX teki sinyal veren piksel sayısının 10 dan küçük olduğu durumlarda RM indeksi bir fonksiyonu olarak gürültü oranı (Hz) Şekil Her RBX teki sinyal veren piksel sayısının 10 ile 25 arasında olduğu durumlarda RM indeksin bir fonksiyonu olarak gürültü oranı (Hz) Şekil Her RBX teki sinyal veren piksel sayısının 25 ten büyük olduğu durumlarda RM indeksin bir fonksiyonu olarak gürültü oranı (Hz) Şekil HO Selftrigger ile alınan tüm runların gürültü oranının dağılımı Şekil HO için gürültülü HPD lerin run indeksin bir fonksiyonu olarak RBX indeksi Şekil HO001 nolu RBX in HO0_01_1(RM1), HO0_01_2(RM2) ve HO0_01_3(RM3) nolu HPD lerin gürültü oranının 36 adet run a karşı gösterimi Şekil HO003 nolu RBX in HO0_03_2(RM2), HO0_03_3(RM3) ve HO0_03_4(RM4) nolu HPD lerin gürültü oranının 36 adet run a karşı gösterimi Şekil (a) HO005 nolu RBX in HO0_05_1(RM1), HO0_05_2(RM2) ve HO0_05_3(RM3) nolu (b) HO006 nolu RBX in HO0_06_2(RM2), HO0_06_3(RM3) ve HO0_06_4(RM4) nolu HPD lerin gürültü oranının 36 adet run a karşı gösterimi VIII

11 Şekil (a) HO007 nolu RBX in HO0_07_2(RM2), HO0_07_3(RM3) ve HO0_07_4(RM4) nolu (b) HO010 nolu RBX in HO0_10_2(RM2), HO0_10_3(RM3) ve HO0_10_4(RM4) nolu HPD lerin gürültü oranının 36 adet run a karşı gösterimi Şekil (a) HO011 nolu RBX in HO0_11_2(RM2), HO0_11_3(RM3) ve HO0_11_4(RM4) nolu (b) HO1P04 nolu RBX in HO1P_04_1(RM1), HO1P_04_2(RM2), HO1P_04_3(RM3) ve HO1P_04_4(RM4) nolu HPD lerin gürültü oranının 36 adet run a karşı gösterimi Şekil Run e ait HO daki gürültülü HPD lerin okuduğu ADC değerleri Şekil Run e ait HO daki gürültülü HPD lerin okuduğu ADC değerleri Şekil Tüm HPD lerin tüm runlar için gürültü oranının dağılımı Şekil HO004 nolu RBX in run indeksinin bir fonksiyonu olarak gösterimi Şekil HO004 nolu RBX e ait RM1, RM2 ve RM3 nolu HPD lerin gürültü oranı Şekil Tüm HPD lerin tüm runlar için gürültü oranının dağılımı IX

12 SİMGELER VE KISALTMALAR SM CERN FNAL SLAC DESY CP BHÇ CMS HPD RBX ADC RF ATLAS ALICE LHCb ECAL HCAL HB HE HO HF MB ME DT CSC RPC SPS WLS LED : Standart Model : Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi : Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı : Stanford Doğrusal Hızlandırıcı Merkezi : Alman Elektron Sinkrotronu : Yük Eşleniği-Parite : Büyük Hadron Çarpıştırıcısı : Sıkı Müon Solenoidi : Hibrid Foto-Diyot : Okuma Ünitesi : Analog Dijital Çevirici : Radyofrekans : Büyük Toroidal Detektör : Büyük İyon Çarpıştırma Deneyi : Büyük Bir Hadron Çarpıştırıcı-Güzellik : Elektromanyetik Kalorimetre : Hadronik Kalorimetre : Hadronik Fıçı Kalorimetresi : Hadronik Kapak Kalorimetresi : Hadronik Dış Yüzey Kalorimetresi : İleri Kısım Hadronik Kalorimetre : Fıçı Bölgesi Müon Detektörü : Kapak Bölgesi Müon Detektörü : Sürüklenme Tüpleri : Katot Şerit Odacıkları : Dirençli Plaka Odacıkları : Süper Proton Sinkrotronu : Dalga-Boyu Öteleyici Fiberler : Işık Yayan Diyot X

13 SiPM ev MeV GeV TeV MHz L η e s V : Silikon Fotoçoğaltıcılar : Elektron Volt : Milyon Elektron Volt : Milyar Elektron Volt : Trilyon Elektron Volt : Milyon Herz : Işıklılık : Kütle-Merkezi Enerjisi : Azimutal Açı : Psüdorapidite : Temel Elektrik Yükü : Tesir Kesiti : Eşik Gerilimi : Kurşun-Tungsten Kristali XI

14 1. GİRİŞ Sedat YILMAZ 1. GİRİŞ Parçacıkları ve parçacıklar arasındaki etkileşimi inceleyen fizik dalı yüksek enerji fiziğidir. Atom altı parcacıklar çok kısa ömürlü oldukları için normal şartlar altında gözlenemezler. Bu amaçla oluşturulan devasa düzeneklerde, yüksek elektrik alan etkisi altında hızlandırılan parcacıklar manyetik alan etkisi ile odaklanarak çarpıştırılırlar. Çarpışma sonucunda ortaya çıkan yeni parçacıklar incelenerek parçacık fiziğinde henüz cevaplanamayan sorulara cevap ararız. Doğada bulunan parçacıkları sınıflandırmak ve bu parçacıklar arasındaki etkileşimleri gözlemlemek için bir model geliştirilmiştir ve bu model standart model (SM) olarak adlandırılır. Bu model elektromanyetik, kuvvetli, zayıf ve kütle-çekim olmak üzere dört temel kuvveti içermektedir. Atom çekirdekleriyle çevrelerinde dolanan elektronları bir arada tutan elektromanyetik kuvvet sonsuz bir etkileşim mesafesine sahiptir. Atom çekirdeklerindeki proton ve nötron adlı parçacıkları oluşturan kuark ve gluonları birbirine çok sıkı biçimde bağlayan kuvvetli kuvvetin etkisi, elektromanyetik kuvvetten büyük olup ayar bozonu gluonlardır. Atomların bozunarak kimlik değiştirmelerine neden olan zayıf çekirdek kuvvetinin etkileşim menzili kuvvetli etkilişme gibi çok kısadır ancak kütle-çekim kuvvetinin menzili sonsuz olup etkileşimi mikro dünyada oldukça zayıftır. Standart modele göre, maddenin temel yapı taşları altı kuark, altı lepton ve bunların antiparçacıkları olmak üzere yirmidört fermiyondan oluşmaktadır. Temel parçacıklar, kuarklar ve leptonlar olmak üzere ikiye ayrılırlar. Her biri altı parçacıktan oluşmakta ve bunlar da kendi aralarında üç nesile ayrılmaktadır. Birinci nesil en hafif ve üçüncü nesil en ağır olmak üzere bu parçacıkların isim ve yükleri şekil 1.1 de verilmektedir. Yüklü leptonlar hem zayıf hem elektromanyetik etkileşimlerde bulunmasına karşın yüksüz leptonlar (nötrinolar) sadece zayıf etkileşirler. Nötrinolar ışık hızına yakın hıza sahip ve elektriksel yükü sıfır olan, maddenin içinden neredeyse hiç etkileşmeden geçebilen temel parçacıklardır. Hadronlar kuarkların birleşmesi ile oluşurlar. Bunlar mezonlar ve baryonlar olmak üzere ikiye ayrılırlar. Baryonlar üç kuarkın bir araya gelmesi ile oluşurken mezonlar bir kuark ve bir antikuarkın bir araya gelmesi ile oluşur. 1

15 1. GİRİŞ Sedat YILMAZ Şekil 1.1. Kuarklar ve leptonlara ait bazı özellikler. SM nin başarıları Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) nde yapılan deneylerde, Fermi Ulusal Laboratuarı (FNAL) nda, Stanford Doğrusal Hızlandırıcı Merkezi (SLAC) ve Alman Elektron Sinkrotronu (DESY) ndaki yapılan deneylerle ispatlanmış ve SM birçok testten başarıyla geçmiştir. Ancak SM, parçacık fiziğinde çok önemli bazı soruları yanıtlamada yetersiz kalmıştır. Örneğin, kütle ölçekleri arasındaki farktan oluşan hiyerarşi problemine, evrendeki kayıp karanlık madde problemine, Yük Eşleniği-Parite (CP) kırınımına, Büyük Patlama sonucu oluşan evrenin başlangıçta madde anti-maddeden oluştuğu halde şu anda yaşadığımız 2

16 1. GİRİŞ Sedat YILMAZ evrenin neden sadece maddeden oluştuğuna, anti maddeye ne olduğu sorularına cevap verememektedir. Parçacık fiziğinin asıl amaçlarından birisi dört temel kuvveti bir araya getirebilmektir. Bu amacın gerçekleştirilmek istenmesinin sebebi açıklanamayan bütün soruların cevabının ortaya çıkacağının düşünülmesidir. SM in ötesinde olan bu teorilerin geçerli olabilmesi için deneysel olarak ispatlanması gerekmektedir. Bu fizik araştırmalarıda CERN de Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (BHÇ) nda yapılmaktadır. Bu deneylerden biri olan Sıkı Müon Selenoidi (CMS) etkileşimden sonra ortaya çıkan parçacıklar incelenmektedir. Parçacıkların özelliklerini ve kimliğini daha iyi tanıyabilmek için, parçacıkların enerjilerinin ve momentumlarının belirlenmesi gerekmektedir. Çarpışmada ortaya çıkan parçacıkları gözlemleyebilmek için tüm diğer yüksek enerji dedektörlerinde olduğu gibi CMS de alt dedektörlerden oluşmaktadır. Bunlardan biri olan Hadronik Kalorimetre (HCAL), hadronik parçacıkları tespit etmek için dizayn edilmiştir. Bu tezde CMS deneyinde kullanılan HCAL alt dedektörlerinden biri olan Hadronik Dış (HO) kalorimetrenin Hibrit Foto Diyot (HPD) ve okuma ünitelerinden (RBX) kaynaklanan gürültü saptanmıştır ve bu bilgiler HCAL ın kalibrasyon çalışmalarında kullanılmıştır. Bu çalışma için CMS yazılımlarından CMSSW_3_5_6 paket programı ve ROOT analiz programı kullanılmıştır. 3

17 1. GİRİŞ Sedat YILMAZ 4

18 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 2.1. Hızlandırıcılar Hızlandırıcı, maddenin temel yapısına doğru yönlendirilmiş bir mikroskop gibi düşünülebilir. Hızlandırıcıların en temel amaçlarından biri, maddenin temel yapı taşlarını ve aralarındaki etkileşimleri incelemektir. Hızlandırıcılar yüklü parçacıkları elektrik alanlar aracılığıyla hızlandırırlar. Hızlandırıcılar doğrusal ve dairesel olmak üzere iki kısıma ayrılmıştır. Doğrusal hızlandırıcılar; yüklü parçacıklar, doğrusal yörüngelerde elektrostatik alanlar ve radyofrekans (RF) alanları ile hızlandırılırlar. Parçacıklar hızlandırılıp sabit hedefe çarptıktan sonra ışıma yapar ve enerjilerinin bir kısmını kaybederler. Sabit bir hedefe çarpma sonucunda ise yeni parçacıklar üretilir. Bu tarz hızlandırma çeşidine basit bir örnek olarak televizyon tüpünü verebiliriz. Dairesel hızlandırıcılar ise yüklü parçacıkları, RF kaviteler yardımı ile hızlandıran ve manyetik alan ile yörüngede kalmasını sağlayan hızlandırıcılardır. Şu an dünyadaki en büyük hızlandırıcı kompleksi Fransa-İsviçre sınırları içerisinde yer alan CERN deki BHÇ dir. Şekil 2.1 de doğrusal ve dairesel hızlandırıcılar gösterilmektedir. Şekil 2.1. Doğrusal ve dairesel hızlandırıcılar. 5

19 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ 2.2. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı BHÇ nin çevresi 27 km olup yer yüzeyinden ortalama 100 m derinliktedir. Şekil 2.2 de görüldüğü gibi BHÇ de protonlar ilk olarak doğrusal hızlandırıcılarda belli bir enerji seviyesine çıkartılırlar. Daha sonra 1.4 GeV lik itici bir enerji ile Proton Sinkrotronda (PS) 25 GeV ve Süper Proton Sinkrotronda (SPS) 450 GeV e çıkartılırlar. Son olarak protonlar BHÇ halkasına aktarılır ve dedektörlerin merkezinde çarpışma gerçekleştirilir (CMS TDR, 2006). Kütle merkezi ve ışıklılık, çarpışma deneylerinde iki önemli fiziksel niceliktir. bir çarpıştırıcının ışıklılığı eşitlik 2.1 de verilmektedir. (2.1.) Burada σ x ve σ y, hüzmenin dik profili, n B toplam öbek sayısı, N B herbir öbekteki parçacık sayısı ve f çarpışma frekansıdır. BHÇ de proton-proton çarpıştırmalarında kütle merkezi enerjisi proton-proton çarpışmaları için s = 14 TeV ve ışıklılık L = cm -2 s -1 iken, kurşun-kurşun çarpışmaları için kütle-merkezi enerjisi s = 5.5 TeV ve ışıklılık L = cm -2 s -1 dir yılında protonlar 8 TeV kütle merkezi enerjisiyle çarpıştırılmaktadır eylül ayına kadar BHÇ de ölçülen ışıklılık pb -1 iken, CMS bu ışıklılığın %92 sini ölçmüştür. CMS tarafından 2012 eylül sonuna kadar ölçülen ışıklılık pb -1 dir ve 2011 yıllarında protonlar 7 TeV kütle merkezi enerjisiyle çarpıştırılmıştır yılında BHÇ tarafından ölçülen ışıklılık pb -1 iken 2011 yılında ise pb -1 dir. CMS tarafından ölçülen ışıklılık 2011 de pb -1, 2010 da ise 32 pb -1 dir. 6

20 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ Şekil 2.2. CERN hızlandırıcı kompleksi. BHÇ üzerinde dört büyük dedektör bulunmaktadır. Şekil 2.3 te de görüldüğü üzere bunlar; Büyük Toroidal Detektör (ATLAS), CMS, Büyük İyon Çarpıştırma Deneyi (ALICE) ve B fiziği araştırmaları yapan LHCb dir. Bunlardan CMS ve ATLAS genel amaçlı dedektörler iken, LHCb ve ALICE özel amaçlar için dizayn edilmiş dedektörlerdir. Şekil 2.3. BHÇ üzerindeki dedektörlerin Cenevre civarında nereye yerleştirildiklerini gösteren kuş bakışı görünümü. 7

21 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ ATLAS Büyük Toroidal Detektör (ATLAS) deneyinin inşasına 1998 yılında başlanmıştır. ATLAS, 45 m uzunlukta, 25 m yükseklikte ve 7000 tonluk bir kütleye sahiptir. ATLAS dedektörü süpersimetrik parçacıkların ürünleri, ağır vektör bozonları, ekstra boyutlar ve Higgs bozonları gibi sınırsız çeşitlilikte fizik olaylarını incelemektedir. Şekil 2.4 te ATLAS dedektöründen bir kesit gösterilmektedir. Şekil 2.4. ATLAS dedektörün içinden bir görüntü ALICE Büyük İyon Çarpıştırma Deneyi (ALICE), 16 m yüksekliğinde, 26 m uzunluğunda ve ton ağırlığındadır. Burada çok küçük boyutlardaki maddenin fiziği araştırılacaktır. Genel olarak bu deneyde çekirdek-çekirdek çarpışmaları ile quark-gluon plazma yapıları incelenecektir. Şekil 2.5 te ALICE dedektörünün yapım aşaması gösterilmektedir. 8

22 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ Şekil 2.5. ALICE Dedektörü LHCb Büyük Bir Hadron Çarpıştırıcı-Güzellik (LHCb) 21 m uzunluğunda, 10 m yüksekliğinde ve 5600 ton ağırlığındadır. b-quark ve B mezonların özelliklerini ve parite bozunmasını araştırmak amacıyla dizayn edilmiştir. Şekil 2.6 da LHCb dedektörü gösterilmektedir. Şekil 2.6. LHCb Dedektörü. 9

23 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ CMS CMS silindirik soğansı bir yapıya sahip olup 21.6 m uzunluğunda 14.6 m çapında ve ton ağırlığındadır. CMS in merkezinde, 13 m uzunluğunda, 11.8 m iç çapında 4T lık süper iletken solenoid mıknatıs bulunmaktadır. Bir çarpışmada meydana gelen yüklü parçacıkların izlerini belirlemek için en iç kısımda iz dedektörü bulunmaktadır. İz dedektörünün hemen arkasında elektronların ve fotonların enerjilerini ölçen elektromanyetik kalorimetre ve hemen ardından da kuvvetli etkileşen parçacıkları ölçmek için hadronik kalorimetre yer almaktadır. Son olarak en dışta müonların yük ve momentumlarını ölçmek için müon odacıkları bulunmaktadır. CMS dedektörü solenoidal manyetik alana sahiptir. Şekil 2.7 de CMS dedektörünün birleştirilme işlemi görülmektedir. Şekil 2.7. CMS dedektörünün birleştirilme işleminden önceki görünümü. 10

24 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ 2.3. CMS Koordinat Sistemi Dedektörün merkezi çarpışma ya da etkileşme noktası olarak kabul edilir. Şekil 2.8 CMS koordinat sistemini göstermektedir. x ekseni; radyal olarak BHÇ halkasının merkezine doğru, y ekseni; başlangıç noktasından yukarı doğru, z ekseni ise hüzme doğrultusundadır. Azimutal açı φ, x-y düzlemindeki x-ekseninden ve kutupsal açı θ, z-ekseninden ölçülmektedir. CMS kutup açısı yerine psüdorapidite (η) kullanmaktadır ve η denklem 2.2 ile verilmektedir (CMS TDR, 2006). (2.2.) Şekil 2.8. CMS koordinat sistemi CMS nin Alt Dedektörleri Soğansı bir yapıda olan CMS dedektörü içten dışa; İz dedektörü, ECAL, HCAL, Müon dedektörü olmak üzere dört alt sistemden oluşmaktadır. 11

25 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ İz Dedektörleri Bu dedektörler, çarpışmada oluşan yüklü parçacıkların enerjilerinin bir kısmını iyonizasyonla kaybettirerek parçacıkların momentumunun, yükünün ve yörüngesinin belirlenmesini sağlar < η < 2.5 psüdorapidite aralığında yer alır ve parçacıkların bıraktıkları izleri belirler ve CMS de 4T lık güçlü bir manyetik alan içinde bulunur. Bu manyetik alan, parçacıkların yörüngelerinin dairesel olarak bükülmesine sebep olur. Yörünge yarıçapı parçacığın momentumunu ve bükülme yönü parçacığın yükünün işaretini verir. İz dedektörleri, piksel dedektör ve iç izleyici olarak iki sınıfta incelenebilirler Piksel Dedektör İz dedektörlerinin çarpışma noktasına en yakın olan elemanıdır. Bu dedektör ile ağır ve kısa ömürlü parçacıklar ile yapısında b-kuark bulunan hadronların bozulmasıyla oluşabilecek birincil ve ikincil etkileşim noktalarının belirlenmesi amaçlanmaktadır. Piksel dedektörü 5.4 m uzunluğunda ve 2.4 m yarıçapındadır. Piksel detektöründe adet çip ile sinyal alınan 100 µm 150 µm boyutlu 66 milyon adet piksel bulunmaktadır. Şekil 2.9 da piksel dedektörünün yapım aşamasındaki görüntüsü. Şekil 2.9. Piksel dedektöründen bir görüntü. 12

26 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ İç İzleyici Sistem İç izleyici sistem modüllerden, sensörlerden ve bu sensörlerin sinyal almasını sağlayan fiberlerden oluşmaktadır. Ayrıca iç izleyici sistemin etkileşim noktasına yakın olan fıçı bölgesinde üç katmanlı hibrit piksel dedektörü bulunmaktadır. Bu sistemde yüksek ışıklılıkta değişik çaplarda yüklü parçacıkların akışı dikkate alındığında; en yakın bölge, orta bölge ve en dış bölge olmak üzere üç bölgede tanımlanırlar. Şekil 2.10 da CMS dedektöründe parçacıkların sahip olduğu iz ve yörüngeler görülmektedir. Şekil CMS dedektöründe parçacıkların sahip olduğu iz ve yörüngeler Elektromanyetik Kalorimetre Elektromanyetik kalorimetre elektronlar, fotonlar ve pozitronları ölçmek için tasarlanmıştır. Yüksek çözünürlüklü adet kurşun tungsten (PbWO 4 ) kristali, fıçı bölgesinde ve 7324 kristal kapak bölgesinde bulunur. Elektromanyetik kalorimetre aynı zamanda hadronik kalorimetre ile birlikte jetlerin ölçümüne yardımcı olur. 13

27 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ 1990 ların başında CMS, SM Higgs bozonlarını en iyi şekilde gözlemleyebilecek şekilde tasarlanmıştır. Higgs bozonu kütlesinden dolayı çok sayıda bozunum kanalına sahiptir. Bu kanallardan bir tanesi 114 GeV/c 2 < m H < 2m Z kütle aralığındaki Higgs bozonlarıdır. Bu Higgs bozonlarının doğal genişlikleri sadece birkaç MeV dir ve sinyalin gözlemlenen genişliğini kütle çözünürlüğü ile belirlemektedir GeV/c 2 kütle aralığında önemli bir sinyal elde etmenin yollarından biri, iki foton bozunumudur. Eğer Higgs bozonunun kütlesi 130 GeV/c 2 den büyük ise Higgs bozonu iki Z bozonuna bozunmaktadır (CMS TDR, 2006). 600 < m H < 1000 GeV/c 2 aralığında tesir kesiti azalmaktadır. Bu yüzden de yüksek dallanma oranı içeren jetler veya kayıp dik enerji (E T ) kullanılmalıdır. Kütlesi 700 GeV/c 2 e kadar olan Higgs bozonu için üretim mekanizması t-kuark düğümüyle oluşan gluon-gluon birleşmesidir. Daha yüksek kütleli Higgs bozonlarının üretimi için WW yada ZZ birleşmesi çok önemli olmaktadır. 2 < η < 5 bölgesinde yüksek enerjili jetlerin tespit edilmesi bu kütle aralığında olan Higgs reaksiyonunu tespit etmek için kullanılır (CMS TDR, 2006). CMS deneyinde 4 Temmuz 2012 yılında yeni bir bozon keşfedilmiştir ve bu bozonun SM nin öngördüğü Higgs bozonu ile uyumlu olduğu düşünülmektedir. Ancak kesin olarak Higgs bozonu olup olmadığına karar vermek için çalışmalar devam etmektedir. CMS, proton-proton çarpışmalarında 2011 in tümünde (7 TeV kütle enerjisinde) ve 2012 yılının (8 TeV kütle enerjisinde) 18 Haziranına kadar toplanan verilerin tümünü çözümlemiştir (4 Temmuz 2012 CMS açıklaması). CMS beş ana bozunum kanalını incelemiştir. γγ ve ZZ kanalları, yeni parçacığın kütlesinin duyarlılıkla ölçülmesine izin verdikleri için özellikle önemlidir. γγ kanalında kütle, iki yüksek-enerjili foton CMS nin kristal elektromanyetik kalorimetresinde (ECAL, Şekil 2.6) ölçülen enerjilerinden ve yönlerinden belirlenmektedir. ZZ kanalında ise kütle, iki Z ye bozunumundan, onların da iki çift elektrona veya iki çift müona veya bir çift elektron ve bir çift müona bozunumundan (Şekil 2.11) belirlenmektedir. Bunlar ECAL de, iç izleyici ve müon dedektörlerinde belirlenmektedir (4 Temmuz 2012 CMS açıklaması). 14

28 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ Şekil Higgs bozonunun iki fotona bozunumu ve iki ZZ ye bozunumu. CMS verileri SM Higgs bozonunun varlığını GeV ve GeV lik iki geniş kütle aralığında %95 lik güven aralığı ile dışlamaktadır. γγ kütle dağılımı şekil 2.12 de gösterilmektedir. 125 GeV kütlesi yakınında fonun üzerine 4.1 sigma lık bir fazlalık vardır. Şekil 2.12, ZZ kanalında 4 lepton ( 4e, 4μ ve 2e2μ) için kütle dağılımını göstermektedir. 125 GeV kütlesi yakınında fonun üzerinde 3.2 sigma lık bir fazlalık vardır (4 Temmuz 2012 CMS açıklaması). Şekil İki fotonun kütle dağılımı ve 4 lepton ( 4e, 4μ ve 2e2μ) için kütle dağılımı 15

29 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ CMS, 2012 nin sonuna kadar toplam veri örneğini üç katının üstüne çıkarmayı, dolayısıyla bu yeni parçacığın doğasını daha derin bir biçimde araştırmayı planlamaktadır. Bu parçacık gerçekten SM Higgs bozonu ise, özellikleri ve bunların standart modeldeki yansımaları ayrıntılı bir biçimde çalışılacaktır (4 Temmuz 2012 CMS açıklaması). Higss araştırmalarında ECAL çok büyük rol oynadığından, ECAL da diğer bütün dedektörlerde olduğu gibi enerji çözünürlüğü çok iyi ve hassas olmalıdır. ECAL da kullanılan kristaller radyasyona dayanıklı kristallerdir. Kurşun tungsten sintilatör kristalleri, kısa radyasyon (X 0 =0.89 cm) ve Moliere uzunluğuna (2.2 cm) sahiptir. Aynı zamanda hızlı ve radyasyona karşı dayanıklıdır. Şekil 2.13 de ECAL görülmektedir. Şekil Elektromanyetik kalorimetrenin iç kısmının görüntüsü. Fıçı bölüm (EB), 129 cm lik iç yarıçapa sahiptir ve 0< η <1.48 psüdorapidite aralığını kapsamaktadır. Kapak kısmı (EE) ise etkileşim noktasından 314 cm uzaklıkta olup psüdorapidite aralığı 1.48 < η <3.0 a karşılık gelmektedir (CMS TDR, 2006). Şekil 2.14 te solda modül kristali ve sağda süper modül kristali görülmektedir. 16

30 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ Şekil Solda 200 modül kristali ve sağda fıçı süper modül kristalleri (1700 adet) Hadronik Kalorimetre HCAL manyetik halka içerisinde bulunan son dedektördür. HCAL, çarpışmadan çıkan parçacıkların kayıp dik enerjilerini ve jetleri ölçen dedektördür. Diğer dedektörlerde olduğu gibi HCAL da yapılan ölçümler higgs bozonunun keşfinde önemli yer almaktadır. HCAL; hadronik fıçı (HB), hadronik kapak (HE), hadronik dış (HO) ve ileri hadron (HF) olmak üzere dört alt detektörden oluşmaktadır. HCAL η 5.0 psüdorapidite aralığını kapsamaktadır (CMS TDR, 2006). Şekil CMS dedektörünün çeyrek kısımından bir kesit. 17

31 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ HCAL da kuleler η ve φ ya göre yerleştirilir. Bu kuleler sektörleri oluşturmaktadır. Mevcut kuleler ve sektörler sayesinde izdüşümsel geometri elde edilir. Şekil 2.15 te CMS dedektöründe HCAL ın konumu gösterilmektedir. HCAL ile ilgili daha detaylı bilgiler bölüm 3 ve bölüm 4 verilmektedir Müon Sistemi Müon sistemi dedektörün en dış kısmında bulunur ve amacı müonları algılamaktır. Bu sistem kapak bölgesi (ME) ve fıçı bölgesi (MB) olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Fıçı bölgesi η 1.2 ve kapak bölgesi η 2.4 psüdorapidite aralığındadır. Şekil 2.16 da Müon sisteminin dikine kesiti görülmektedir. Şekil Müon sisteminin dikine kesiti. Müonların fıçı ve kapak kısımları 5 diske bölünmüştür. Bunlar 250 adet müon odacıklarından oluşmaktadır. Disklerin herbiri φ=30 derecelik azimutal açıya karşılık gelen 12 sektöre ayrılmıştır (MB1, MB2, MB3,...). En içte bulunan (MB1, MB2, MB3) sürüklenme tüpleri (DT) üçerli olarak toplam dört grupta bulunan 12 sürüklenme odacığı katmanından oluşmaktadır. Bu katmanlara süper-katman (SL) denir (Calderon ve arkadaşları, 2006). CMS detektoründeki müon sistemi dört adet müon istasyonundan oluşmaktadır. Bu müon istasyonları, fıçı bögesindeki DT ler, 18

32 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ kapak bölgesinde bulunan iki adet katot şerit odacıkları (CSC) ve hem fıçı hem de kapak bölgesinde bulunan dirençli plaka odacıklarından(rpc) oluşmaktadır (CMS TDR, 2006). 19

33 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Sedat YILMAZ 20

34 3. MATERYAL VE METOD Sedat YILMAZ 3. MATERYAL VE METOD 3.1. Hadronik Kalorimetre ECAL ın alt dedektörleri ile birlikte HCAL, jetler ve kayıp dik enerjinin ölçümü için tam bir kalorimetre sistemi oluşturur. Merkezi fıçı ve uç-kapak HCAL alt dedektörleri ECAL ı tamamen çevrelemektedirler ve her ikisi de tümüyle manyetik alanının içerisinde bulunmaktadır. Hadronik Fıçı(HB), Hadronik Dış (HO) ve Hadronik Uç-Kapak (HE) 1,3 < η < 3 aralığını kapsamaktadır. Hadronik İleri (HF) kalorimetre etkileşim noktasından 11.2 m uzaklıkta bulunmaktadır ve 3.0 < η < 5.0 aralığını kapsamaktadır. HF, dar duş profillerini ayırmak, ileri jetleri ölçmek ve kayıp dik enerji ölçümü için dizayn edilmiştir (CMS TDR, 2006). Şekil 3.1. CMS de HCAL ın görünümü. Detektörü tanımlarken psüdörapidite(η) nicelikleri kullanılmaktadır. Eşitlik 3.1 de psüdörapidite eşitliği verilmektedir. (3.1.) 21

35 3. MATERYAL VE METOD Sedat YILMAZ Eşitlik 3.1 de kullanılan θ değişkeni dedektöre giren parcacıklar ile hüzme ekseni arasındaki açıdır. Dedektörde soğurucu olarak 50 mm kalınlığında bakır plakalar kullanılmıstır. Bu bakır plakalar arasına 4 mm lik plastik sintilatörler yerleştirilmiştir. HCAL de pirinç malzeme kullanılmasının sebebi düşük atom numaralı olması ve aynı zamanda manyetik alandan etkilenmemesidir. Sintilatörlerin içerisinde WLS fiberleri bulunmaktadır ve sinyallerin aktarılması bu fiberler tarafından gerçekleştirilmektedir Hadronik Fıçı Kalorimetresi HB η <1.3 aralığında bulunmaktadır. Bu kalorimetrenin en iç ve en dış katmanında çelik kullanılmıştır. Bu durum dedektörü daha sağlam bir yapı haline getirmektedir. Hadronik fıçıda soğurucu malzeme olarak prinç kullanılmıştır ve bununla birlikte paslanmaz çelik levha ile pirinç levhalar arasında 17 tane plastik sintilatör katman bulunmaktadır. HB, HB ve HB+ olmak üzere kendi içinde ikiye ayrılır. Her ikisinde 18 kama vardır. Her bir kama ɸ = 20 º lik açılara ayrılmıştır. ɸ= 5 º lik 16 kuleye (η aralığına) bölünmüş olup 4 sektörden oluşmaktadır. 16. kule HE ile çakışmaktadır. Çizelge 3.1 de kule ve η aralıkları görülmektedir. Hadronik fıçıda toplam 72 okuma kanalı bulunmaktadır. Hadronik kalorimetreden gelen sinyaller kamalar üzerindeki RBX içerisinde bulunan HPD ler tarafından okunmaktadır. (CMS TDR, 2006). 22

36 3. MATERYAL VE METOD Sedat YILMAZ Çizelge 3.1. Kule ve η aralıkları. Kule η aralığı Kalorimetrenin en küçük parçasının boyutu η ɸ = şeklinde verilmektedir. Merkezden kapak bölgesine gidildiğinde kalorimetre birbirinden bağımsız sinyal alan iki derinliğe ayrılmaktadır. Şekil 3.2 de HB ye ait bir sektör ve derinlikler görülmektedir. Şekil 3.3 de ise HB ve HE ye ait kamaların dizilimi görülmektedir. (CMS TDR, 2006). Şekil 3.2. HB ye ait bir sektör. 23

37 3. MATERYAL VE METOD Sedat YILMAZ Şekil 3.3. HB ve HE kamalarının dizilimi Hadronik Kapak Kalorimetresi HB ye benzer şekilde prinç malzeme kullanılmıştır. Aktif ortam olarak sintilatörler yerleştirilmiştir. Parçacıklar sintilatörlerle etkileşerek sinyal oluştururlar. Bu sintilatörlerden gelen sinyaller WLS fiberleri ile uygun dalga boyuna getirildikten sonra HPD ler aracılığıyla dijital sinyale çevrilmektedir. HE kalorimetresinde 18 tane sektör vardır. Kalorimetrenin farklı bölgelerinden gelen sinyallerin yerini saptamak amacıyla iz düşümsel geometriye ihtiyaç vardır. HE de 18 (0-17) tane katman ve 14 tane (16-29) kule bulunmaktadır. Şekil 3.4. HE nin bir görünümü. 24

38 3. MATERYAL VE METOD Sedat YILMAZ HE, HE ve HE+ olmak üzere ikiye ayrılır. HE nin her bir sektöründe iki sintilatör tabakası vardır. HE nin ön taraftan ve yan taraftan bir görünümü şekil 3.4 te verilmektedir. (CMS TDR, 2006) İleri Hadron Kalorimetresi HF, 3< η <5 aralığında yer almakta ve etkileşme noktasından 11.2 m uzaklıkta bulunmaktadır. Jetlerin ve kayıp dik enerjilerin belirlenmesinde önemli rol almaktadır. HF özellikle ileri jetleri ölçmek için dizayn edilmiştir. HF, HF+ ve HF olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır (CMS NOTE, 2006/44). İleri hadron kalorimetresi çelik soğurucular ve bu soğurucular içine yerleştirilmiş kuvartz fiberlerden (lif) meydana gelmiştir. Fiberler demetler haline getirilerek detektörün arka kısmında birleştirilir ve sinyal buradaki fiberler ile foto tüplere iletilerek ayrı ayrı okuma bilgisi alınır (CMS TDR, 2006). Şekil 3.5 de HF in bir görünümü verilmektedir. Şekil 3.5. HF in görünümü. 25

39 3. MATERYAL VE METOD Sedat YILMAZ Hadronik Dış Kalorimetre Merkezi bölgede ( η < 1.3), elektromanyetik fıçı ile hadronik fıçı, hadronik duşların tamamını durdurmak için yeterli gelmemektedir. Bu nedenle hadronik duşun mıknatıs dışına çıkan kuyruklarını yakalamak amacıyla η < 1.3 kapsayacak şekilde hadronik kalorimetre mıknatısın dışına uzatılmıştır ve bu kısma Hadronik Dış (HO) adı verilmektedir. HO, (1.4/sinθ ) λ kalınlığında ek bir soğurucu görevi yapar ve HB den sonra kalorimetrede depolanan enerjiyi ölçmek için kullanılır (CMS Collaboration, 2008). HO halka şeklinde 5 kısımdan oluşur. Bunlar sırasıyla; 2 (5 η değerine sahiptir.), 1 (6 η değerine sahiptir.), 0 (iki katmandan oluşmaktadır.), +1 (6 η değerine sahiptir.) ve +2 (5 η değerine sahiptir.) şeklindedir. Bu numaralandırma müon dedektörü ile uyumludur. HO, 12 sektöre ve her bir sektör 6 dilime ayrılmıştır. Merkezi 0 olan halkanın her iki katmanı 8 tane η değerine bölünmüştür. Şekil 3.6 da HO görülmektedir (The CERN LHC, 2009). Şekil 3.6. HO nun görünümü. HO, müon sisteminin geometrisi nedeniyle kısıtlanmıştır. Bu dedektörün segmentasyonu fıçı müon sistemini yakından takip eder. Her bir halkanın 12 özdeş φ-sektörü vardır. Bu 12 sektör birbirleri ile 75 mm kalınlığında paslanmaz çelik kirişle ayrılmıştır. 26

40 3. MATERYAL VE METOD Sedat YILMAZ HO daki seramiklerin posizyonları ve büyüklükleri HB deki düzlemlerin dizilimine uygun şekilde seçilmiştir. Bu şekilde seçilmesinin nedeni ise kulelerin tanecikliliğini η ve φ de yapmaktır. HO ±1, ±2 halkalarında bir katman sintilatör seramikten oluşurken 0 halkasında iki katman sintilatör seramikten oluşur ve müon dedektör fıçısının ilk halkasının önünde yer alır. Seramikten gelen sintilatör ışığı 0.94 mm çapında çift katlı Y11 Kuraray dalga boyu çevirici (WLS) fiberleri kullanarak toplanır ve temiz fiberler ile WLS fiberleri birbirlerine bağlanarak bu ışık fotodedektöre aktarılır. HO nun kurulumunu kolaylaştırmak için sintilatör seramikler tabaka adı verilen tek bir ünitenin içerisine yerleştirilmişlerdir. Her bir tabaka bir φ dilimine denk gelir (5º). Ancak z (η) yönü boyunca bir tabaka müon halkasının tüm uzunluğunu kapsar. 27

41 3. MATERYAL VE METOD Sedat YILMAZ 28

42 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ 4. BULGULAR VE TARTIŞMA 4.1. Hadronik Dış Kalorimetrenin Dizaynı Bir önceki kısımda HCAL ın tüm alt dedektörleri incelendi. Bu kısımda ise HO kalorimetresinin yapısından detaylı bir şekilde bahsedilecektir. Merkezi bölgede bulunan EB ve HB kombinasyonu, hadronik duşun tamamını selenoidin içinde durduramamaktadır. İşte bu nedenle selenoid mıknatısın hemen dışına hadronik duşun kuyruklarını yakalayabilecek HO kalorimetresi inşa edilmiştir. HO aynı zamanda geç başlatılan duşları tanımlamak ve HB den sonra, duşlardan kaynaklanan enerji depolanmasını ölçmek içinde kullanılmaktadır. Şekil 4.1. CMS dedektöründe HO düzlemlerinin pozisyonlarının gösterimi. HO kalorimetresinin hemen dışında Müon sistemi bulunmaktadır. Bu nedenle HO nun geometrik yapısı, diger HCAL kalorimetrelerinden farklı olarak müon sistemine uygun alarak tasarlanmıştır. HO, müon sistemi gibi beş halkadan oluşmaktadır. HO halkaları HO2P, HO1P, HO0, HO1M ve HO2M olarak adlandırılmaktadır. HO da soğurucu malzeme olarak pirinç, aktif ortam olarak 29

43 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ sintilatör kullanılmıştır. HO2P, HO1P, HO1M ve HO2M tek katman sintilatörden oluşurken, HO0 şekil 4.1 de görüldüğü gibi iki katman sintilatörden oluşmaktadır. HO0 in iki katman sintilatörden oluşmasının sebebi η=0 da, HB nin minimum soğurucu derinliğine sahip olmasıdır (The CERN LHC, 2009) HO Okuma Ünitesi HO dan bir parçacık geçtiğinde, sintilatörden geçen parçacığın enerjisi ile doğru orantılı bir sintilatör ışığı oluşur. Sintilatörlerde meydana gelen sintilatör ışığı, çoklu-kaplı Y11 Kuraray dalga boyu dönüştürücü (WLS) fiberler tarafından toplanır (Şekil 4.2) (CMS NOTE-2008/020). Şekil 4.2. HO daki sintilatör ışığının WLS yardımıyla toplanması. WLS ler yardımıyla toplanan ışık temiz fiberler ve optik kablolar yardımıyla RBX içerisinde bulunan HPD lere iletilir. HPD lere gönderilen ışık ise HPD ler tarafından elektrik sinyaline dönüştürülür. HPD lerin çalışma sistemi bir sonraki bölümde ayrıntılı olarak incelenecektir. Şekil 4.3 te HO kalorimetresinin RBX sistemi gösterilmektedir. 30

44 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ Şekil 4.3. HO RBX sistemi. HO da bulunan her bir halka özdeş 12 ϕ-sektörüne ayrılmıştır ve her sektör 30 0 lik ϕ açısına sahiptir. Ayrıca her sektör 5 0 lik 6 dilime bölünmüştür. HO2P, HO1P, HO1M ve HO2M ile HO0 nun yapısı birbirinden farklıdır. HO2P, HO1P, HO1M ve HO2M 6 adet RBX e sahiptir ve bu halkalara ait RBX ler 1-12 arasındaki çift sayılar ile numaralandırılmıştır. Bu halkalardaki her bir RBX te 4 adet HPD bulunmaktadır. HO1P10 nolu RBX ile HO2P12 nolu RBX lerde HPD yerine silikon Fotoçoğaltıcılar (SiPM) sistem kullanılmaktadır. Bu tez için yapılan çalışmada HO2P ve HO2M halkaları kullanılmamaktadır. HO2P ve HO2M halkaları ile veri alınmadığından dolayı bu halkalar bu çalışmanın dışında tutulmuştur. HO0 halkası çift katmanlı olduğundan dolayı 12 adet RBX e sahiptir ve her RBX de 3 adet HPD bulunmaktadır. HCAL de kullanılan HPD ler 18 adet piksele sahiptir ve her bir piksel bir HCAL kulesine karşılık gelmektedir. Yani bir HPD, 18 kanal/kule okumaktadır. Her 31

45 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ kanal ise 10 zaman diliminde (TS), analog dijital çevirici (ADC) okumaktadır. Dolayısıyla bir HPD toplamda 180 ADC okumaktadır. Bir HPD aynı zamanda bir okuma modulü (RM) olarak da adlandırılmaktadır. Çizelge 4.1. HO0 için kanal haritası 32

46 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ CMS de eta(η) ve phi(ϕ) değerleri kullanılırken, HCAL de index eta(iη) ve index phi(iϕ) değerleri kullanılmaktadır. iη ve iϕ değerleri yalnızca HCAL de kullanılmaktadır. HCAL kalorimetresinde iη ve iϕ değerlerinin kullanılmasının sebebi, HCAL in geometrik yapısına daha uygun olmasındandır. Yani her bir iη ve iϕ değeri bir HCAL kulesine denk gelmektedir. Çizelge 4.1 de HO0 a ait kanalların haritası gösterilmektedir. Çizelge 4.2 de ise HO1P ve HO1M ye ait kanal haritalaması gösterilmektedir. HO1P, HO1M ve HO0 için kullanılan bu haritalar, yapılan bu çalışma için büyük bir önem teşkil etmektedir. Çizelge 4.2. HO1P ve HO2P için kanal haritası. RBX No ieta iphi/rm No HO1P02 HO1M02 HO1P04 HO1M04 HO1P06 HO1M06 HO1P08 HO1M08 HO1P10 HO1M10 HO1P12 HO1M12 +(5,6,7,8,9,10) -(5,6,7,8,9,10) +(5,6,7,8,9,10) -(5,6,7,8,9,10) +(5,6,7,8,9,10) -(5,6,7,8,9,10) +(5,6,7,8,9,10) -(5,6,7,8,9,10) +(5,6,7,8,9,10) -(5,6,7,8,9,10) +(5,6,7,8,9,10) -(5,6,7,8,9,10) 71,72,1 RM2 2,3,4 RM4 5,6,7 RM3 8,9,10 RM1 11,12,13 RM2 14,15,16 RM4 17,18,19 RM3 20,21,22 RM1 23,24,25 RM2 26,27,28 RM4 29,30,31 RM3 32,33,34 RM1 35,36,37 RM2 38,39,40 RM4 41,42,43 RM3 44,45,46 RM1 47,48,49 RM2 50,51,52 RM4 53,54,55 RM3 56,57,58 RM1 59,60,61 RM2 62,63,64 RM4 65,66,67 RM3 68,69,70 RM1 33

47 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ HPD nin Yapısı CMS de kullanılan yüksek manyetik alandan dolayı, mıknatıs içerisinde kalan HCAL kalorimetresi için HPD ler kullanılmıştır. HPD lerin kullanılmasının bir diğer nedeni ise kullanımının kolay olması, ucuz olması, öngerilim voltajının ve sıcaklığının diğer foto-diyotlara göre daha kararlı olmasıdır. Ayrıca birçok kanalın aynı anda bir tüp tarafından kontrol edilmesi, bir tüpe tek bir yüksek voltajın/öngerilimin uygulanmasıdır. HPD kullanmanın bir diğer avantajı ise tüp içerisinde HPD sinyal cevabının tüm tüp içerisinde aynı olmasıdır. HPD bir vakum tüp içerisine yerleştirilmiş parçalı bir silikon foto-diyot ile bir adet S20 foto-katot tan oluşmaktadır. Şekil 4.4 de bir HPD nin yapısı gösterilmektedir. Şekil 4.4 de görüldüğü gibi fotonlar fiber optik pencereden girip, foto-katota çarptığı zaman, elektronlar açığa çıkar(cms NOTE-2008/011). Bu elektronlar 3.3 mm uzunluğundaki boşlukta 10kV voltaj uygulanarak hızlandırılır. Silikon foto-diyot üzerine etki eden elektronlar, eletron- deşik çifti oluşturur. Burada elde edilen kazanç yaklaşık 2000 civarındadır ve eşitlik 4.1 deki ifade ile hesaplanır. Kazanç = (Uygulanan Voltaj Eşik Değeri) / 3.6 ev (4.1.) Şekil 4.4. HPD nin yapısı. 34

48 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ Daha önce bahsedildiği gibi her aktif sintilatör tarafından depolanan enerji, mavi ışık meydana getirir ve bu ışığın yüzde birkaçının WLS tarafından yakalanmasıyla, yaklaşık 520 nm dalga boyundaki ışık WLS tarafından yeniden yayımlanır. Temiz fiberler ise bu ışığı kalorimetre dışında bulunan RBX lere iletmek amacıyla WLS fiberlerine birleştirilmiştir. Şekil 4.5 de görüldüğü gibi HPD leri kalorimetreden gelen fiberlere birleştirmek için özel bir kutu kullanılmaktadır. Şekil 4.5 HPD lerin kalorimetreden gelen fiberler ile bağlantısı. Kutunun bir yüzüne kalorimetreden gelen fiberler bağlanmaktadır ki bu fiberler geldikleri kulelere göre sıralanarak paketlenmiştir. Diğer yüzeye ise HPD ler bağlanmıştır. HPD nin her bir pikseli bir fibere denk gelmektedir. Fiberlerin, piksellere sıralı olarak bağlanması ile her bir piksel bir kuleye karşılık gelmiş olur HPD ve RBX ten Kaynaklanan Gürültü HO kalorimetresinde RBX sisteminden veya HPD lerden kaynaklanan gürültüler olmaktadır. Bu gürültüler kısaca aşağıdaki gibi özetlenmektedir. HPD İyon Geribesleme: HPD içerisindeki vakum kusursuz değildir ve içerisinde bir miktar gaz molekülü bulunmaktadır. Bu gaz molekülleri, foto-katot tarafından açığa çıkarılan elektronlar tarafından iyonize edilir. Bu iyonlar yüksek voltajdan kaynaklanan elektrik alandan dolayı foto-katota doğru hızlandırılır ve fotokatotun yüzeyinden fazladan birkaç elektron taşır. Bu elektronlar daha fazla gaz 35

49 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ moleküllerini iyonize eder ve bu süreç böyle devam eder. Bu olay HPD İyon Geribesleme olarak adlandırılır. Bu olay ile meydana gelen toplam yük, HPD nin foto-diyotuna çarpan parçacığın enerjisi ile orantılıdır. HPD iyon geribesleme, fotodiyot tarafından yayımlanan elektron tarafından üretildiği için yaklaşık 1 GeV ile 5 GeV arasında değişmesi beklenmektedir. HPD Boşalımı: Buradaki gürültü büyük olasılıkla HPD nin fiber optik duvarından meydana gelen elektrik akımı boşalımından kaynaklanmaktadır. Bu durumda HPD deki tüm piksellerin sinyal vermesi beklenmektedir. RBX Gürültü: RBX ten kaynaklanan gürültü, RBX de bulunan elektronik sistemlerden birinden veya tümünden kaynaklanmaktadır. Bir RBX deki tüm HPD lerin tüm piksellerinin aynı anda sinyal vermesi ile bu gürültü saptanmaktadır HPD veya RBX ten Kaynaklanan Gürültünün Saptanması için Yapılan Çalışmalar HO da bulunan RBX lerden veya RBX ler içerisinde bulunan HPD lerden kaynaklanan gürültünün saptanması için HO SelfTrigger verileri kullanıldı. HO Self trigger verisi alınırken, HCAL ın CMS in genel veri alımına dahil olmamasına dikkat edildi. Ayrıca HO Selftrigger verisi alınırken HCAL ın alt detektörlerinden yalnızca HO nun çalışmasına dikkat edildi. Bu çalışmada Haziran 2010 ve Kasım 2010 tarihleri arasında alınan HO SelfTrigger verileri kullanıldı ve bu veriler 0 T ve 3.8T değerlerinde alındı. Çizelge 4.3 de bu çalışmada kullanılan run numaraları ve manyetik alan değerleri gösterilmektedir. 36

50 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ Çizelge yılında alınan verinin run numarası ve manyetik alan bilgisi.. HPD veya RBX gürültülerini saptayabilmek için ADC lerin okuduğu 0 sayısına bakıldı. Daha önce bahsedildiği gibi her HPD nin 18 kanalı bulunmaktadır ve her kanal 10 farklı TS de ADC değerini okumaktadır. Bir HPD 180 ADC değeri okumaktadır ve bu değerlerin 0 ile herhangi bir tamsayı değerini alması beklenmektedir. Daha önce yapılan çalışmalarda HPD lerin veya RBX lerin büyük miktarda sıfır ADC okuduğu saptanmıştır. Daha önce yapılan çalışmalar bu duruma herhangi bir çözüm bulamamıştır (CMS IN 2009/000). İşte bu nedenle, bu çalışmada her bir RBX in okuduğu TS lerin ADC=0 sayısı birincil kriter alınarak hem 37

51 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ HPD/RBX lerden kaynaklanan gürültü saptanmaya çalışıldı hemde büyük miktarda ADC=0 okuma problemi araştırılarak bu probleme çözüm bulunmaya çalışıldı. İlk olarak büyük miktarda ADC=0 okuma probleminin var olup/olmadığını gözlemleyebilmek için, run e ait bir RBX in okuduğu TS lerin ADC değerleri incelendi. Şekil 4.6 da görüldüğü gibi büyük miktarda ADC=0 okuma problemi gözlemlenmektedir. Bir sonraki aşama olarak bir runda her bir RBX in okuduğu TS lerin ADC=0 sayısı bir histograma doldurularak, bu durumun bir karekteristiği çıkarılmaya çalışıldı. Şekil 4.7 deki histogram run e ait her bir RBX in okuduğu TS lerin ADC=0 sayısını göstermektedir. Şekil 4.6. Run e ait bir RBX in okuduğu TS lerin ADC değerleri. 38

52 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ Şekil 4.7. HO için run e ait herbir RBX in okuduğu TS lerin ADC=0 sayısı. Şekil 4.7 deki histogramdan keskin bir dağılım beklenirken, iki adet pik in olduğu bir dağılım elde edildi. Daha önce yapılan çalışmalarda Şekil 4.8 de görüldüğü gibi HB HE için keskin bir dağılım elde edilmiş ve her RBX in okuduğu TS lerin ADC=0 okuma sayısının 20 den küçük olduğu bir kısıtlama uygulanmıştı. Aynı kısıtlama değeri HO da kullanıldı ve HO da gözlemlenen ikinci pik araştırılarak, nedeni saptanmaya çalışıldı. Şekil 4.8. HBHE için herbir RBX in okuduğu TS lerin ADC=0 sayısı. 39

53 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ Şekil 4.8 den görüldüğü gibi ikinci pik x ekseninde, 8 ile 18 değerleri arasında bulunmaktadır. İşte bu nedenle her bir RBX in okuduğu TS lerin ADC=0 sayısı, 8 < ADC=0 <18 koşulu uygulanarak bu değer yeniden incelendi ve bir miktar bozuk veri olduğunun farkına varıldı ve bozuk verinin hangi RBX ten geldiği saptanmaya çalışıldı. Şekil 4.9 dan anlaşılacağı üzere gelen veriler ieta ve iphi değerine göre histograma yerleştirildiğinde HO1P10 nolu RBX ten bozuk verinin geldiği saptandı. Şekil 4.9 dan elde edilen bilgiler ile HO1P10 nolu RBX in HPD içermediğinin farkına varıldı. Daha önce bahsedildiği gibi HO1P10 ve HO1P12 nolu RBX lerde HPD ler yerine SiPM ler bulunmaktadır. Bu nedenle bu iki RBX bu çalışmanın dışında bırakıldı. (a) Şekil 4.9. Run ait verinin (a) ieta ve iphi ye göre dağılımı (b) RBX numaralarına göre dağılımı. (b) 40

54 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ HPD veya RBX Gürültü Karakteristiği Her bir RBX için TS lerin okuduğu ADC=0 sayısıyla ilgili kısıtlamalar uygulandıktan sonra HPD lerden veya RBX ten kaynaklanan gürültüyü daha iyi anlamak için her bir RBX in okuduğu piksel sayısı incelendi. Bölüm 4.2 de tartıştığımız HPD İyon geribeslemenin, HPD boşalımının ve RBX gürültüsünün HO da kullanılan HPD ve RBX lerde olup olmadığını saptamak için her bir RBX te bulunan HPD lerin sinyal veren piksellerinin dağılımı çıkarıldı. Şekil Run her RBX teki sinyal veren piksellerin sayısı. Şekil 4.10 dan anlaşılacağı gibi HPD iyon geribesleme ile ilgili gürültünün piksel sayısının 10 dan küçük olduğu durumlarda gerçekleşebileceği varsayıldı. HPD iyon geri beslemeye bu kısıtlamanın koyulmasının sebebi bu gürültü çeşidinin düşük enerjili durumlarda meydana gelmesi, dolayısıyla bu gürültüde bir HPD nin daha az sayıda pikselinin sinyal vermesidir. HPD boşalımı ile açığa çıkan enerji, HPD iyon geri beslemeye göre daha yüksektir, dolayısıyla bir HPD nin tüm piksellerinin sinyal vermesi beklenmektedir. Bu nedenle HPD boşalımdan kaynaklanan gürültü için 41

55 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ seçilen kısıtlamada piksel sayısı 10 ile 25 arasındadır. RBX gürültüsünde en az iki HPD nin tüm pikselllerin sinyal vermesi gerekmektedir. RBX gürültüsü için konulan kısıtlamada piksel sayısı 25 ten büyük olmalıdır. Gerekli tüm kısıtlamalar seçildikten sonra bu kısıtlamalar altında HO daki tüm HPD lerden okunan gürültü oranları incelendi. Şekil Her RBX teki sinyal veren piksel sayısının 10 dan küçük olduğu durumlarda RM indeksi bir fonksiyonu olarak gürültü oranı (Hz). Şekil 4.11, Şekil 4.12 ve Şekil 4.13 de x ekseni, RM indeksini diğer bir ifadeyle HPD indeksini, y ekseni ise gürültü oranını göstermektedir. Bu grafikler her bir HPD nin farklı kısıtlamalar altında gürültü oranını iki farklı run için göstermektedir ve elde edilen grafiklerde 2009 yılındaki gürültü oranı (kırmızı çizgi) 2010 yılındaki gürültü oranı (mavi çizgi) ile büyük bir farklılık göstermemektedir. 42

56 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ Şekil Her RBX teki sinyal veren piksel sayısının 10 ile 25 arasında olduğu durumda RM indeksin bir fonksiyonu olarak gürültü oranı (Hz). Şekil Her RBX teki sinyal veren piksel sayısının 25 ten büyük olduğu durumda RM indeksin bir fonksiyonu olarak gürültü oranı (Hz). 43

57 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ HPD İyon Geribeslemeden Kaynaklanan Gürültü HPD iyon geribeslemeden kaynaklanan gürültüyü daha iyi anlamak için önceki bölümlerde bahsedilen kısıtlamalar uygulandı. Bu kısıtlamalar özetle aşağıdaki gibidir: Her bir RBX teki TS lerde okunan ADC=0 sayısı < 20 Her bir RBX teki sinyal veren piksel sayısı < 10 olduğu durumlardır. Kısıtlamalar uygulandıktan sonra, tüm runlar için gürültü oranları tek bir histograma doldurularak, gürültü oranı daha iyi anlaşılmaya çalışıldı. Şekil 4.14 de HO Selftrigger ile alınan tüm runların gürültü oranının dağılımı gösterilmektedir. Gürültü oranının dağılımının ilk pikinin düzgün bir dağılım vermesi beklenmektedir. İlk pikin bitip, ikinci pikin başladığı noktanın gürültülü HPD lerin sinyal vermeye başladığı nokta olduğuna karar verilerek bu nokta kısıtlama noktası olarak seçildi. Şekil HO Selftrigger ile alınan tüm runların gürültü oranının dağılımı. Şekil 4.14 te görüldüğü gibi yukarıda bahsedilen prosedür uygulandığında, kısıtlama noktası 0.28 Hz olarak seçildi. Bu kısıtlama ile 0.28 Hz den yüksek gürültü oranına sahip HPD ler, gürültülü olarak seçilmeye aday HPD lerdir. Daha sonra 0.28 Hz den büyük HPD lerin listesi çıkarıldı. 44

58 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ Şekil HO için gürültülü HPD lerin run indeksin bir fonksiyonu olarak RBX indeksi Şekil 4.15 de HO için gürültülü RBX lerin run indeksinin bir fonksiyonu olarak RBX indeksi gösterilmektedir. HO001 ve HO007 nolu RBX ler tüm runlar için gürültülü olarak saptanmıştır. Ayrıca tüm runlar için olmasa da HO003, HO006, HO007, HO010, HO011 ve HO1P04 nolu RBX ler de gürültülü olarak saptanmıştır. Gürültülü RBX ler saptandıktan sonra, bu RBX lerdeki HPD lerden hangilerinin gürültülü olduğunu saptamak amacıyla her bir RBX teki HPD lerin gürültü oranları incelendi. Gürültülü RBX teki her HPD nin veya diğer adıyla her bir RM in gürültü oranının Haziran-Kasım 2010 tarihleri arasında alınan 36 adet run a karşı histogramı çizdirildi. HPD lerin gürültü oranı 0.28 Hz den yüksek olanları gürültülü olarak kararlaştırıldı (Pawel De Barbaro ile kişisel görüşme). Şekil 4.16 da HO001 nolu RBX in HO0_01_1(RM1), HO0_01_2(RM2) ve HO0_01_3(RM3) nolu HPD lerin gürültü oranı 36 adet run a karşı çizdirildi. Üç adet HPD nin gürültü oranının 0.28 Hz den yüksek olduğu saptandı. Şekil 4.16 ya göre HO0_01_1(RM1), HO0_01_2(RM2) ve H00_01_3(RM3) nolu HPD ler sırasıyla

59 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ Hz, 0.65 Hz ve 0.55 Hz gürültü oranına sahiptir. Böylece HO001 nolu RBX teki RM1, RM2 ve RM3 nolu HPD ler gürültü olarak saptanmıştır. Şekil HO001 nolu RBX in HO0_01_1(RM1), HO0_01_2(RM2) ve HO0_01_3(RM3) nolu HPD lerin gürültü oranının 36 adet run a karşı gösterimi. Şekil HO003 nolu RBX in HO0_03_2(RM2), HO0_03_3(RM3) ve HO0_03_4(RM4) nolu HPD lerin gürültü oranının 36 adet run a karşı gösterimi. 46

60 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ Şekil 4.17 de HO003 nolu RBX in HO0_03_2(RM2), HO0_03_3(RM3) ve HO0_03_4(RM4) nolu HPD lerinin gürültü oranı 36 adet run a karşı gösterilmektedir. HO0_03_2(RM2), HO0_03_3(RM3) ve HO0_03_4(RM4) nolu HPD ler sırasıyla ortalama 0.75 Hz, 0.75 Hz ve 0.3 Hz gürültü oranına sahiptir ve dolayısıyla HO003 nolu RBX in RM2, RM3, RM4 nolu HPD leri gürültülü olarak saptanmıştır. (a) Şekil (a) HO005 nolu RBX in HO0_05_1(RM1), HO0_05_2(RM2) ve HO0_05_3(RM3) nolu (b) HO006 nolu RBX in HO0_06_2(RM2), HO0_06_3(RM3) ve HO0_06_4(RM4) nolu HPD lerin gürültü oranının 36 adet run a karşı gösterimi. (b) Şekil 4.18 de HO005 nolu RBX in, RM1, RM2 ve RM3 nolu HPD lerin ve HO006 nolu RBX in RM2, RM3 ve RM4 nolu HPD lerin gürültü oranı, 36 adet run a karşı gösterilmektedir. Şekil 4.18 (a) den görüleceği gibi HO005 nolu RBX in RM1 ve RM3 nolu HPD lerin gürültü oranı, 0.28 Hz den düşük iken RM2 nolu HPD nin gürültüsü 0.55 Hz civarindadir. Yani HO005 nolu RBX in RM2 nolu HPD si gürültülü olarak saptanmıştır. Şekil 4.18 (b) de HO006 nolu RBX in RM3 ve RM4 nolu HPD lerin gürültü oranı 0.28 Hz den düşük iken RM2 nolu HPD nin 47

61 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ gürültüsü 0.6 Hz civarındadır. HO006 nolu RBX in RM2 nolu HPD si gürültülü olarak saptanmıştır. (a) Şekil (a) HO007 nolu RBX in HO0_07_2(RM2), HO0_07_3(RM3) ve HO0_07_4(RM4) nolu (b) HO010 nolu RBX in HO0_10_2(RM2), HO0_10_3(RM3) ve HO0_10_4(RM4) nolu HPD lerin gürültü oranının 36 adet run a karşı gösterimi. (b) Şekil 4.19 da HO007 nolu RBX in RM2, RM3 ve RM4 nolu HPD leri ile HO010 nolu RBX in RM2, RM3 ve RM4 nolu HPD lerin gürültü oranı, 36 adet run a karşı gösterilmektedir. Şekil 4.19 (a) daki histograma göre HO007 nolu RBX in RM2 ve RM4 nolu HPD leri 0.28 Hz den daha düşük gürültü oranına sahiptir ve tamamıyla sorunsuz çalışmaktadır. HO007 nolu RBX in RM2 nolu HPD si ortalama 1.7 Hz gürültü oranına sahiptir ve şu ana kadar HO da gözlemlenen en büyük gürültü oranına sahiptir. HO007 nolu RBX in RM2 kanalı gürültü olarak saptandı. Şekil 4.19 (b) de ise HO010 nolu RBX in RM2 ve RM3 nolu HPD leri gürültü oranı çok düşük iken, RM4 nolu HPD ortalama 0.8 Hz gürültü oranına sahiptir ve kesinlikle gürültülü bir HPD dir. 48

62 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ (a) Şekil (a) HO011 nolu RBX in HO0_11_2(RM2), HO0_11_3(RM3) ve HO0_11_4(RM4) nolu (b) HO1P04 nolu RBX in HO1P_04_1(RM1), HO1P_04_2(RM2), HO1P_04_3(RM3) ve HO1P_04_4(RM4) nolu HPD lerin gürültü oranının 36 adet run a karşı gösterimi. (b) Sekil 4.20 de HO011 nolu RBX in RM2, RM3 ve RM4 nolu HPD ler ile HO1P04 nolu RBX in RM1, RM2, RM3 ve RM4 nolu HPD lerin gürültü oranı, 36 adet run a karşı gösterilmektedir. Şekil 4.20 (a) da görüldüğü gibi HO011 nolu RBX in RM2 ve RM4 nolu HPD leri kısıtlama değerinin altında iken, RM3 e ait HPD yüksek gürültü oranına sahiptir ve gürültülü olarak saptanmıştır. Şekil 4.20 (b) de ise HO1P04 nolu RBX in RM1, RM2 ve RM4 nolu HPD leri 0.28 Hz den daha düşük gürültü oranına sahip iken, RM3 daha yüksek gürültü oranına sahiptir ve gürültülü HPD olarak saptanmıştır. HPD iyon geribeslemeden kaynaklanan gürültülü HPD ler saptandıktan sonra, bu gürültülü HPD lerin okuduğu TS lerin ADC degerleri incelenerek, bu ADC lerin nasıl değerler aldığı incelendi. Şekil 4.21 ve şekil 4.22 de görüldüğü gibi diğer HPD lerin okuduğu değerler 1-10 arasında değişirken, gürültülü HPD lerin kırmızı kutularda görüldüğü gibi 1-50 arasında değerler aldığını göstermektedir. Böylece gürültülü HPD lerin nasıl davrandığı hakkında daha iyi bir bilgi elde edildi. 49

63 4. BULGULAR VE TARTIŞMA Sedat YILMAZ Şekil Run e ait HO daki gürültülü HPD lerin okuduğu ADC değerleri. Şekil Run e ait HO daki gürültülü HPD lerin okuduğu ADC değerleri HPD Boşalımdan Kaynaklanan Gürültü HPD iyon geribeslemeden kaynaklı gürültü tespit edildikten sonra HPD geriboşalımdan kaynaklanan gürültüyü saptamak için aşağıdaki kısıtlamalar uygulandı: Her bir RBX deki TS lerde okunan ADC=0 sayısı < < Her bir RBX deki sinyal veren piksel sayısı < 25 50