Beam monitoring at the Large Hadron Collider beauty experiment

Abstract

In particle physics, accelerators and detectors are continually improved to enhance the precision and functionality of experiments. An important part is to continue to ensure the safety of the experiment under the new conditions. The Large Hadron Collider beauty (LHCb) detector was upgraded for the data-taking period beginning in 2022. As part of the upgrade, the Beam Conditions Monitor (BCM), the safety system of the LHCb experiment, got new readout hardware: the Machine Interface Beam Abort Decision system. In addition, a new detector is planned to enhance the beam-monitoring capabilities at the experiment. The Timepix4 telescope is used as a prototype for this detector. In this work, the control system of both detectors is fully implemented. For the BCM, the focus is on the integration of the new MIBAD system, operating since June 2023. For the Timepix4 telescope, the focus is on the reusability of the components for the future beam-monitoring detector. Finally, beam losses are studied, which can damage the LHCb detector and contribute to a machine-induced background. The losses are characterised, and the contribution to the physics operations is discussed.

In der Teilchenphysik werden Beschleuniger und Detektoren kontinuierlich optimiert, um die Prä-zision und Funktionalität der Experimente zu erhöhen. Ein wichtiger Teil ist, die Sicherheit des Experiments unter den neuen Bedingungen weiterhin zu gewährleisten. Der Large Hadron Colli-der beauty (LHCb)-Detektor wurde für die Datennahmeperiode ab 2022 aufgerüstet. Als Teil des Upgrades wurde der Beam Conditions Monitor (BCM), das Sicherheitssystem des LHCb-Experiments, mit neuer Hardware ausgestattet: dem Machine Interface Beam Abort Decision (MI-BAD)-System. Des Weiteren ist ein neuer Detektor in Entwicklung, um die Strahlüberwachungsfä-higkeiten am Experiment zu verbessern. Das Timepix4-Teleskop dient als Prototyp für diesen De-tektor. Diese Arbeit beschreibt die Implementierung der Kontrollsysteme für beide Detektoren. Für den BCM liegt der Fokus auf der Integration des neuen MIBAD-Systems, das seit Juni 2023 in Betrieb ist. Für das Timepix4-Teleskop liegt der Fokus auf der Wiederverwendbarkeit der Komponenten für den zukünftigen Strahlüberwachungsdetektor. Zum Schluss werden Strahlverluste untersucht, die den LHCb-Detektor beschädigen können und zu einem maschineninduzierten Untergrund beitragen. Die Strahlverluste werden charakterisiert und der Beitrag zur Physikoperation wird diskutiert.