PANDA Luminositätsdetektor
Für viele Messungen bei PANDA, wie die Messung von Wikungsquerschnitten und die Bestimmung von Linienformen von Resonanzen durch die Energie-Scan Methode, ist die Kenntnis der Luminosität mit hoher Genauigkeit notwendig. Dabei setzt die Luminosität die gemessene Ereignisrate \(\dot{N}\) mit dem Wirkungsquerschnitt \(\sigma\) in Verbindung
\[\dot{N} = \sigma \cdot \mathcal{L}\]
Der Luminositätsdetektor
Prinzip
Bei PANDA kommt ein dedizierter Luminositätsdetektor zum Einsatz. Er bestimmt die Luminosität mit Hilfe der elastischen Proton-Antiproton Streuung als einer Referenzreaktion. Hierbei wird die theoretischen Vorhersage an die gemessene Streuwinkelverteilung angepasst und die Luminosität als Normierungskonstante extrahiert. Dabei muss der Streuwinkel bei extrem kleinen Winkeln gemessen werden, um die theoretischen Unsicherheiten zu minimieren.
Aufbau
Um bei kleinen Winkeln messen zu können, ist der Luminositätsdetektor 11 Meter vom Wechselwirkungspunkt nahe an der Strahlröhre platziert. Zum Nachweis der gestreuten Antiprotonen kommen neuartige Siliziumpixelsensoren (HV-MAPS) zum Einsatz. Diese werden in 4 Lagen zu je 100 HV-MAPS angeordnet, um die Spur der Antiprotonen zu rekonstruieren. Zur Minimierung von Vielfachstreuung, welche die Auflösung verschlechtern würde, befinden sich die Sensoren in einem Vakuum und werden auf eine Dicke von weniger als 50 µm gedünnt. Eine Trennung des Strahlrohrvakuums vom Vakuum des Luminositätsdetektors wird durch eine aluminisierte PET-Folie erreicht. Die Positionierung der Sensoren im Vakuum, macht eine aktive Kühlung notwendig. Dazu werden die HV-MAPS auf dünne CV-Diamanten aufgeklebt, welche wiederum in einer von acht Halbebenen aus Aluminium montiert sind. Jede Halbebene umschließt außerdem ein Edelstahlrohr, durch das Alkohol bei -25°C gepumpt wird. Zum Betrieb und Auslese der Sensoren wird weitere Elektronik benötigt (Signalrepeater, Spannungswandler). Mit dieser Elektronik bestückte Leiterplatten werden ebenfalls im Vakuum auf die Aluminiumhaltestrukturen montiert.
Datenauslese
Die Sensorendaten werden über LVDS-Signale an FPGAs weitergeleitet. Dort werden die Trefferdaten formattiert und zeitlich sortiert. Die Daten werden dann über optische Datenkabel an die Auslesecomputer geschickt. Dort werden mit Hilfe von hochparallelen GPU-Algorithmen die Parameter der Antiprotonspuren aus den Trefferdaten extrahiert und für die weitere Analyse gespeichert.