Planar Edgeless Detectors for the TOTEM Experiment at the LHC

The TOTEM experiment at the LHC will measure the total proton-proton cross-section with a precision better than 1%, elastic proton scattering over a wide range in momentum transfer -t= p^2 theta^2 up to 10 GeV^2 and diffractive dissociation, including single, double and central diffraction topologies. The total cross-section will be measured with the luminosity independent method that requires the simultaneous measurements of the total inelastic rate and the elastic proton scattering down to four-momentum transfers of a few 10^-3 GeV^2, corresponding to leading protons scattered in angles of microradians from the interaction point. This will be achieved using silicon microstrip detectors, which offer attractive properties such as good spatial resolution (<20 um), fast response (O(10ns)) to particles and radiation hardness up to 10^14 "n"/cm^2. This work reports about the development of an innovative structure at the detector edge reducing the conventional dead width of 0.5-1 mm to 50-60 um, compatible with the requirements of the experiment.

Hiukkasfysiikan tavoitteena on aineen perusrakenteen tutkiminen. Tutkimusta varten rakennettujen hiukkaskiihdyttimien avulla on kyetty selvittämään atomin ydinhiukkasten, protonien ja neutronien, hienorakennetta. Protoni ja neutroni, joista koko meitä ympäröivä stabiili aine koostuu, rakentuvat kvarkeista ja niitä sitovista voimahiukkasista, gluoneista. Kokeellisen hiukkasfysiikan tutkimus on haastavaa ja vaikka aineen rakenteen tuntemus on huomattavasti edistynyt muutamassa vuosikymmenessä, jokainen saavutettu tulos herättää uusia kysymyksiä. Tämän hetken tärkeimpiin ratkaisemattomiin ongelmiin kuuluu aineen massan alkuperä. Moni teoria pyrkii selittämään massan alkuperää ja nyt rakenteilla oleva suurkiihdytin Eurooppalaisessa hiukkastutkimuskeskuksessa CERN:issä Sveitsin ja Ranskan rajalla asettaa nämä teoriat testiin. CERN:in suurkiihdyttimellä tutkitaan korkeaenergeettisten hiukkasten törmäyksiä ilmaisimilla, joita on kehitetty ja optimoitu monen vuosikymmenen aikana tehdyissä suurenergiafysiikan kokeissa. Tämä työ käsittelee puolijohdeteknologiaan pohjautuvien säteilyantureiden kehittämistä. Uusien anttureiden toimintaperiaate on innovatiivinen ja niitä käytetään ensiksi tulevissa suurenergiafysiikan kokeissa. Sovellukset liityvät aloihin, joilla tarvitaan tarkkaa havaitsemistarkkuutta ja -tehokkuutta. Ilmaisintyypille asetetut vaatimukset ovat äärimmäisen kovat johtuen CERN:in uuden kiihdyttimen toimintaympäristöstä. Uudet säteilyanturit ovat eräs esimerkki teknologiasta, joka perustuu CERN:in kaltaisen suuren tutkimus-teknologia -keskuksen hyödyntämiseen. Toinen esimerkki CERN:in tuottamasta teknologiasta on World Wide Web. Hyöty on molemminpuolinen, sillä tulevaa suurkiihdytintä ei pystyttäisi rakentamaan ilman pitkälle kehittynyttä teknologiaa magneettisien materiaalien ja kylmäfysiikan alueilla.