Gelecek dairesel elektron-hadron çarpıştırıcı (FCC-eh) detektörü için elektromagnetik kalorimetre tasarımı çalışması

Abstract

Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı (FCC) projesi, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC)’ndan sonraki dönem için Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) alanında inşa edilmesi planlanan iddialı bir hızlandırıcı projesidir. Bu projenin amacı, Cenevre bölgesinde 80- 100 km’lik yeni bir halkaya yerleştirilecek olan 100 TeV’lik bir proton çarpıştırıcısı inşa etmektir. FCC projesine sadece proton çarpışmaları (FCC-hh) değil, elektron ve pozitron (FCC-ee ve FCC-eh) çarpışmaları da dâhil edilerek planlanmıştır. Bunlardan FCC-eh, 50 TeV’lik enerjiye sahip FCC-hh protonları ile bir enerji geri kazanımlı linaktan (energy recovery linac) gelen 60 GeV’lik enerjiye sahip elektronları 3,5 TeV’lik kütle merkezi enerjisinde çarpıştıracak şekilde tasarlanmıştır. Bu tez çalışmasının konusu olan FCC-eh detektörünün kalorimetre sistemi, birkaç TeV’lik enerjilerde üretilen yoğun elektromanyetik ve hadronik enerji jetleri nedeniyle yüksek hassasiyete sahip olmalıdır. Bu çalışmada detektörün elektromagnetik kalorimetresi için çeşitli tasarım çalışmaları yapılmıştır. Bu amaçla, soğurucu ortam olarak Pb malzemesi ve aktif ortam olarak sintilatör kullanılarak bir örnekleme kalorimetresi tasarlanmıştır. Çeşitli Pb kalınlıklarına ve kalorimetreye gelen parçacığın geliş açısına bağlı olarak enerji çözünürlüğünün değişimi GEANT4 simülasyon programı kullanılarak araştırılmıştır.

The Future Circular Collider (FCC) is an ambitious project of an accelerator complex planned to be built at the site of the European Center for Nuclear Research (CERN) for the period after the Large Hadron Collider (LHC).The aim of this project is to build a 100 TeV proton collider that will be deployed in a new 80-100 km ring in the Geneva region. The FCC project is planned by including not only proton collisions (FCC-hh), but also electron and positron (FCC-ee and FCC-eh) collisions. One of these, FCC-eh is designed to collide 60 GeV electrons from an energy recovery linac with 50 TeV FCC-hh protons at a center-of-mass energy of 3.5 TeV. The calorimetry system of the FCC-eh detector, which is the subject of this thesis, must have high sensitivity due to the intense electromagnetic and hadronic energy jets produced at energies of a few TeV. In this study, various design studies have been carried out for the electromagnetic calorimeter of the detector. For this purpose, a sampling calorimeter was designed using Pb material as the absorber medium and the scintillator as the active medium. The variation of the energy resolution depending on the various Pb thicknesses and the incidence angle of the particle coming to the calorimeter was investigated using the GEANT4 simulation program.