В рамках второй фазы модернизации установки CMS (Compact Muon Solenoid) Большого адронного коллайдера ученые Объединенного института ядерных исследований участвуют в проекте по созданию калориметра с высокой гранулярностью «HGCaL», который существенно увеличит пространственное и временное разрешение и будет обладать способностью эффективно работать в условиях высокой светимости. В Лаборатории физики высоких энергий был спроектирован и изготовлен стенд для проверки характеристик сенсорных модулей калориметра HGCaL. Специалисты лаборатории осуществили поставку испытательного стенда в ЦЕРН, где провели его сборку и настройку. О ходе и результатах проведенных работ рассказал начальник научно-экспериментального отдела физики на CMS Владимир Каржавин.

Калориметр состоит из 47 последовательно расположенных слоев абсорбера (вдоль направления пучка), в зазоры между которыми помещены кассеты, геометрически представляющие из себя сегменты в 30° или 60° с активными элементами детектора, смонтированными на медных панелях охлаждения. В качестве детектирующих элементов используются сцинтилляционные ячейки с регистрацией света с помощью кремниевого фотоумножителя (SiPM) и модули кремниевых сенсоров, расположенные в области сильной радиационной нагрузки. Всего в калориметре используется 660 кассет различной конфигурации (общим весом более 215 т. для одной торцевой части). Калориметр работает в теплоизолированном объем при температуре –30°C.

Сергей Афанасьев и Александр Малахов обсуждают результаты испытания теплоизолированных камер

Специалисты из Объединенного института и Белорусского государственного университета (г. Минск) разработали технологию изготовления пластин охлаждения для кассет калориметра «HGCal». Физики и инженеры ЛФВЭ ОИЯИ активно участвуют в создании испытательного стенда для проверки работоспособности и характеристик кассет после сборки. В России для создания стенда были изготовлены и поставлены в ЦЕРН две теплоизолированные камеры. После сборки проверка кассет будет осуществляться в условиях, близких к реальным, при температуре -30°C.

Кассеты в количестве 10 штук устанавливаются в стойку, расположенную внутри теплоизолированной камеры размером 3.0 x 3.0 x 2.5 м. Сверху и снизу теплоизолированной камеры расположены две сцинтилляционные триггерные плоскости размером 2.4 x 3.0 м. для проверки работоспособности и измерения характеристик детектирующих элементов и электроники, расположенных на кассетах калориметра с помощью космических лучей.

Валентин Устинов настраивает триггерные плоскости стенда для измерения характеристик кассет адронного калориметра

При прохождении космических частиц через набор тестируемых кассет срабатывание соответствующих сенсоров регистрируется считывающей электроникой и при совпадении с триггерным сигналом подтверждает работоспособность сенсора. Также была разработана Монте-Карло модель тестового стенда в космических лучах, с помощью которой оптимизированы размеры триггерных плоскостей и конфигурация пластин сцинтилляторов.

Создание стенда по тестированию кассет выполнено под руководством Сергея Афанасьева и Александра Малахова. Активное участие в этой работе принимали физики и инженеры ЛФВЭ: Устинов В.В., Сухов Е.В., Горбунов Н.В., Куренков А.М., Ершов Ю.В., Бунин П.Д. и Дубинчик Б.В. Большую помощь в выполнении данного этапа проекта модернизации CMS оказал научный руководитель ОИЯИ, академик РАН Виктор Матвеев.

Компактный мюонный соленоид (CMS) Большого адронного коллайдера