Software development and performances analysis of the HADES resistive plate chamber time-of-flight detector at GSI

Abstract

O experimento HADES (High Acceptance Di-Electron Spectrometer) do GSI, Darmstadt, foi deseñado para a medida con alta precisión de parellas de dileptóns procedentes de colisións núcleo-núcleo a enerxías de 1-2 GeV por nucleón. Dentro dos seus maiores obxetivos na física, está a confirmación experimental da modificación das propiedades dos mesóns vectoriais en materia quente e densa. A pesares de ter xa producido resultados relevantes, a colaboracion HADES decidiu mellorar o espectrómetro de cara a poder traballar con sistemas mais pesados e a maior enerxía, o que provoca un aumento considerable non so das prestacións que teñen que proporcionar os diferentes detectores, senón tamén das posibilidades de nova física. De cara a esa mellora, un dos novos sistemas instalados en HADES foi o detector de tempo de voo para baixos ángulos basado en tRPCs (timing Resistive Plate Chambers). Dende 2005, este detector de tRPCs foi evolucionando dende os seus primeiros prototipos ata quedar completado, instalado e perfectamente operativo en 2010. Durante esta evolución, diversas tarefas foron realizadas. Escribíronse os programas de lectura de datos e análise (software) deste detector, e integráronse no framework do experimento, un entorno chamado HYDRA e escrito en C++. Os diversos algoritmos necesarios para tarefas coma a calibración ou a búsqueda de evento foron desenvolvidos e escritos. Probouse por primeira vez un prototipo, constituído por unha sexta parte do deseño final, baixo condicións realistas. As prestacións obtidas superaron incluso as expectativas, acadando unha resolución temporal en media de 77 ps (sigma), resolución en posición por debaixo de 10 mm, eficiencias de 99% e 95%, intrínseca e de 'matching' respectivamente, baixo nivel de colas e 'crosstalk' (por debaixo do 1%) e alta estabilidade a diferentes taxas. Varias celdas de tRPCs foron instrumentadas nunha caixa especialmente deseñada e probadas baixo un feixe de C12. Medíronse as súas prestacións e os resultaros verificaron aqueles obtidos co prototipo. Ademáis, estudiouse a fondo o seu comportamento frente a diferente tipo de partículas e ións e comprobouse o seu poder de identificación a través da medida da carga depositada. Unha vez concluidas as verificacións, o detector final (cerca de 8 m2 de superficie) foi construido e instrumentado. Este sistema foi plenamente validado con datos de raios cósmicos no GSI, ó longo de 2009, e finalmente instalado na súa posición nominal dentro do espectrómetro HADES. En 2010 comenzou o chamado 'commissioning' das melloras de HADES, e abríronse varios períodos de feixes con sistemas pesados, como Au-Au e Au-U. O detector de tRPCs foi operado por primeira vez baixo estas condicións e as súas prestacións foron verificadas, obténdose resolucións temporais por debaixo de 100 ps e eficiencias do orde do 95%. Unha vez calibrado todo o sistema, f'íxose por primeira vez identificación de partículas en HADES co detector de tRPCs, cumplindo as expectativas. Así, o detector the tRPCs de HADES, está plenamente operativo e preparado para as futuras tomas de datos onde se esperan acadar importantes resultados de Física.