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Frascati - 14 maggio 2002
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Calorimetro elettromagneticoad Argon liquido
dell'esperimento ATLAS
stato attuale del sistema, previsioniattività della sezione di Milano
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Ricercatori e Tecnologi:G. Battistoni (30%), D. Camin (10%), L. Carminati (100%),
D. Cavalli (50%), M. Citterio (30%), G. Costa (100%), M. Delmastro (100%), M. Fanti (100%), L. Mandelli (100%),
M. Mazzanti (100%), P. Nason (10%), L. Perini (100%), S. Resconi (100%), F. Tartarelli (100%)
Tecnici:R. Bertoni, G.P. Braga, B. Monticelli, F. Sabatini
Totale 10,3 PE + 4 PE CTER
Laureandi:D. Banfi, M. Bettinelli
Responsabilita’ in ambito LAr:
• L. Mandelli: LAr representatives group (chairman)LAr EM representatives group
• M. Mazzanti: EM electrode steering group• M. Citterio: LAr deputy electronic coordinator
Front-end electronics (chairman)Installation task force (chairman)
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ATLAS Calorimetry (Geant)
Calorimeters
Calorimeters
Calorimeters
Calorimeters
Hadronic Tile
EM Accordion
Forward LAr
Hadronic LAr End Cap
FCAL
HEC
TILECAL EMBEMEC
Calorimetro e.m.(piombo / Argon liquido con
geometria “accordion”)• EMB: 2 half-barrel (|η|<1.4)
• EMEC: 2 end-cap (1.4<|η|<3.2)
Calorimetria di ATLAS
endcap A endcap C
barrel
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Calorimetro e.m. barrel:il rivelatore
• 16+16 moduli (16 per half-barrel)
• un modulo contiene:– 64 assorbitori piombo/acciaio
• transizione nello spessore del piombo a η=0.8
– 64 elettrodi rame/kapton• HV+raccolta di segnale
• elettrodo diviso in parte A (η<0.8) e parte B (η>0.8)
– 3444 canali di read-out per modulo
• 110 208 canali di read-out in tutto il barrel
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Calorimetro e.m. barrel:segmentazione longitudinale
• segmentazione in profondità del modulo (“layers”):– strips (o front): granularità
fine in η, per separazione π0/γ(1792 canali)
– middle: raccoglie la maggior parte dell'energia (896 canali)
– back: stima del “leakage” longitudinale (448 canali)
• presampler :– posto davanti al modulo,
identificazione di “pre-showering” (244 canali)
Z (cm)
R (
cm)
ETA0.45 0.8 1.0 1.1 1.2
1.3
1.35
1.4
1.45
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 50 100 150 200 250 300
ETA
Dep
th(X
0)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Z (cm)
R (
cm)
150
152
154
156
158
160
162
164
134 136 138 140 142 144 146 148
transizione piombo
elettrodi A elettrodi B
strips
strips
middle
middle
back
back
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Calorimetro e.m. barrel:il read-out
• Componenti “a freddo” (passivi):
– Summing Board (SB) (216/modulo)• somma segnali da diversi elettrodi
– Mother Board (MB) (28/modulo)• raccoglie segnali in uscita
• distribuisce impulsi di calibrazione
– cavi di lettura e di calibrazione
• Front-End Crate (FEC) (1/modulo):
– Front-End Board (FEB) (128/FEC)• amplificazione, formatura, digitalizzazione, trigger (LVL1), ...
– schede di calibrazione (2/FEC)• generano impulsi esponenziali sulle linee di calibrazione
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Calorimetro e.m. barrel:stato attuale, previsioni
• Moduli: (3 stazioni di assemblaggio/test: Annecy, Saclay, CERN)
– 14 finiti, 2 in fase di assemblaggio (16 moduli in un 1 half-barrel)
– produzione moduli finita per primavera 2003
– integrazione moduli iniziata
– inserzione nel criostato:
• 1º half-barrel: novembre 2002
• 2º half-barrel: giugno 2003
– test a freddo in luglio 2003
• Installazione nel pozzo: aprile 2004
• Assorbitori: prodotti ~85%
• Elettrodi:
– produzione a piatto finita per luglio 2002 (+9% spares)
– piegatura/test finiti entro ottobre 2002
• Presampler: 15 settori finiti (su 64)
• Criostato: arrivato in luglio 2001
– perdita a freddo rilevata e riparata
– installazione feedthrough's completata
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Calorimetro e.m.:moduli assemblati e cablati
Barrel
Endcap
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Calorimetro e.m. barrel:integrazione moduli
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Criostato barrelinserzione dei
feedthrough’s
criostato interno
criostato esterno
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Calorimetro e.m. endcap:stato attuale, previsioni
• Criostato A: (EMEC, HEC, FCAL)
– atteso per ottobre 2002
• Moduli: (2 stazioni di assemblaggio/test)
– 5 finiti, 3 in fase di assemblaggio (una “ruota”contiene 8 moduli)
– produzione moduli finita per novembre 2002 (C) e ottobre 2003 (A)
• Installazione nel pozzo:
– endcap C: marzo 2004
– endcap A: novembre 2004
• Assorbitori: prodotti ~55%
• Elettrodi:
– produzione a piatto finita per luglio 2002 (+9% spares)
• Presampler: 16 moduli finiti
• Criostato C: (EMEC, HEC, FCAL)
– arrivato in marzo 2002, perdita osservata a freddo, risolta
– installazione feedthrough's in corso
– test finali per maggio 2002
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Hadronic EndCap:stato attuale, previsioni
• HEC: (rame/LAr)
– prodotti 107 moduli (su 134), 83 testati a freddo
– moduli finiti per primavera 2003
– elettronica a freddo ormai completata
HEC Module Production
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
140.00
160.00
Feb-
00
Jun-
00
Oct
-00
Feb-
01
Jun-
01
Oct
-01
Feb-
02
Jun-
02
Oct
-02
Feb-
03
Date
Mod
ules
Finished at InstitutesCold testedProjected FinishedProjected Cold Tested
107 moduli assemblati 83 moduli testati a freddo
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Hadronic EndCap:layout
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4 5Pseudorapidity
Abs
orpt
ion
Len
gth
Tile barrel
Tileextended barrel Hadronic endcap Forward calorimeter
EM barrel EM endcap
Material in front of Muon System
End of activehadronic
cryostat walls
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Forward CALorimeter:stato attuale, previsioni
• FCAL-C: (rame/LAr + tungsteno/LAr)
– assorbitori ormai completati
– inserzione barre di tungsteno iniziata
– moduli completi per metà 2002
• FCAL-A: (rame/LAr + tungsteno/LAr)
– tempi di realizzazione determinati dalla produzione delle barre di tungsteno (Russia,Cina)
– presumibilmente pronto per autunno 2003
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Diodi di protezionedelle resistenze di calibrazione
• “pettini” modificati con diodi di protezione
• I “pettini” modificati sono usati nel cablaggio dei moduli.
• Sui moduli gia’ cablati è in corso il “retrofitting”:
– 3 moduli modificati (nessun problema)
– 3 moduli ancora da completare
• Nessun modulo retroffitato verrà testato su fascio
The combs with long pins are inserted here
Mother BoardSumming Board
G10 Board
Long Pins
Modified comb.It contains the
protection diode
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ATLASprogramma di installazione
Task Name Start FinishUX 15 Hand-over 14 Apr '03 14 Apr '03PHASE 1: Infrastructure & Feet 29 Mar '03 23 Jun '04
Phase 1a: Infrastructure in UX15 29 Mar '03 23 Jun '04Phase 1b: ATLAS Bedplates & Feet 7 Nov '03 12 Dec '03
PHASE 2: Barrel Toroid & Barrel Calorimeter 15 Dec '03 18 Mar '05Phase 2a: Barrel Toroid 15 Dec '03 6 Jan '05Phase 2b: Barrel Calorimeter 15 May '04 18 Mar '05
PHASE 3: End-cap Calorimeter C & Muon Barrel 20 Oct '04 8 Jul '05Phase 3a: Endcap Calorimeter C 25 Oct '04 8 Jul '05Phase 3b: Inner Detector Services 20 Oct '04 1 Jul '05Phase 3c: Muon Barrel 20 Oct '04 5 Jul '05
PHASE 4: End-cap Calorimeter A 28 Mar '05 29 Dec '05Phase 4a: Endcap Calorimeter A 28 Mar '05 29 Dec '05
PHASE 5:Big Wheels & Inner Detector 28 Jul '05 14 Feb '06Phase 5a: Big Wheels 28 Jul '05 19 Dec '05Phase 5b: Inner Detector 28 Jul '05 14 Feb '06
PHASE 6: Toroid End-Caps & Small Wheels 3 Oct '05 23 May '06Phase 6a: Endcap Toroid 3 Oct '05 27 Mar '06Phase 6b: Small Wheels & Toroid Shielding (JT) 15 Feb '06 2 May '06Phase 6c: End wall Chambers (EO) 29 Mar '06 23 May '06
PHASE 7: Beam Vacuum, Closing, Shielding 28 Mar '06 15 Nov '06Phase 7a: Completion of the Beam Vacuum 28 Mar '06 29 May '06Phase 7b: Magnet test & Shielding 24 May '06 28 Jun '06Global Commissioning 29 Jun '06 20 Sep '06Cosmic Tests 21 Sep '06 15 Nov '06ATLAS Ready For Beam 15 Nov '06 15 Nov '06
14 Apr UX 15 Hand-over
PHASE 1
323 days Phase 1a: Infrastructure in UX15
25 days Phase 1b: ATLAS Bedplates & Feet
PHASE 2279 days Phase 2a: Barrel Toroid
220 days Phase 2b: Barrel Calorimeter
PHASE 3
184 days Phase 3a: Endcap Calorimeter C
183 days Phase 3b: Inner Detector Services
185 days Phase 3c: Muon Barrel
PHASE 4
198 days Phase 4a: Endcap Calorimeter A
PHASE 5
102 days Phase 5a: Big Wheels
143 days Phase 5b: Inner Detector
PHASE 6
125 days Phase 6a: Endcap Toroid55 days Phase 6b: Small Wheels & Toroid Shie
40 days Phase 6c: End wall Chambers (EO)
PHASE 7
43.5 days Phase 7a: Completion of the Beam Va
26 days Phase 7b: Magnet test & Shielding60 days Global Commissioning
40 days Cosmic Tests
15 Nov
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
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Attività a Milano• Hardware
– equipaggiamento/test elettrodi “B” calorimetro e.m. barrel– produzione/test preamplificatori calorimetro e.m. (50% con
BNL)• Ricostruzione del segnale
– trattamento segnali dal calorimetro e.m., calibrazione• Test beam
– analisi dati (qualità dei moduli, uniformità, …)• Simulazioni di fisica / Studio di performances
– studio di H0 → γγ (ricostruzione di γ, separazione γ/π0 )– studio di A0 → ττ (ricostruzione di jet da leptoni τ,
ricostruzione pTmiss)
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B electrode testing: projected plan
337417
557677
797917
10071127
12471367
14871607
17271847
19372057
2177
93 122 173 215 257346
417520
609735
822896
10151137
12951423
1485
497
0
500
1000
1500
2000
2500
Dec-
00
Jan-
01
Feb-
01
Mar
-01
Apr-0
1
May
-01
Jun-
01
Jul-0
1
Aug-
01
Sep-
01
Oct
-01
Nov-
01
Dec-
01
Jan-
02
Feb-
02
Mar
-02
Apr-0
2
May
-02
Jun-
02
Jul-0
2
Aug-
02
Sep-
02
Oct
-02
month
tota
l tes
ted
and
equi
pped
plannedshipped for stacking
B electrode test
1650
118
1532
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
19-F
eb-0
0
15-M
ar-0
0
9-Ap
r-00
4-M
ay-0
0
29-M
ay-0
0
23-J
un-0
0
18-J
ul-0
0
12-A
ug-0
0
6-Se
p-00
1-O
ct-0
0
26-O
ct-0
0
20-N
ov-0
0
15-D
ec-0
0
9-Ja
n-01
3-Fe
b-01
28-F
eb-0
1
25-M
ar-0
1
19-A
pr-0
1
14-M
ay-0
1
8-Ju
n-01
3-Ju
l-01
28-J
ul-0
1
22-A
ug-0
1
16-S
ep-0
1
11-O
ct-0
1
5-No
v-01
30-N
ov-0
1
25-D
ec-0
1
19-J
an-0
2
13-F
eb-0
2
10-M
ar-0
2
4-Ap
r-02
29-A
pr-0
2
24-M
ay-0
2
date of arrival
receivedrejectedaccepted
Test elettrodi “B”situazione al 30/4/2002
1650 elettrodi arrivati
1532 elettrodi accettati
118 elettrodi scartati
situazione al 30/4/2002
1485 elettrodi spediti
fine test per ottobre 2002
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Fraction of repairs
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
19-F
eb-0
0
15-M
ar-0
0
9-Ap
r-00
4-M
ay-0
0
29-M
ay-0
0
23-J
un-0
0
18-J
ul-0
0
12-A
ug-0
0
6-Se
p-00
1-O
ct-0
0
26-O
ct-0
0
20-N
ov-0
0
15-D
ec-0
0
9-Ja
n-01
3-Fe
b-01
28-F
eb-0
1
25-M
ar-0
1
19-A
pr-0
1
14-M
ay-0
1
8-Ju
n-01
3-Ju
l-01
28-J
ul-0
1
22-A
ug-0
1
16-S
ep-0
1
11-O
ct-0
1
5-No
v-01
30-N
ov-0
1
25-D
ec-0
1
19-J
an-0
2
13-F
eb-0
2
10-M
ar-0
2
4-Ap
r-02
29-A
pr-0
2
24-M
ay-0
2
Date of arrival
frac
tion
as a
func
tion
of re
pairs
no repairs1-5 repairs6-20 repairs21 or more repairs
% accepted electrode vs. date
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
15-M
ar-0
0
9-Ap
r-00
4-M
ay-0
0
29-M
ay-0
0
23-J
un-0
0
18-J
ul-0
0
12-A
ug-0
0
6-Se
p-00
1-O
ct-0
0
26-O
ct-0
0
20-N
ov-0
0
15-D
ec-0
0
9-Ja
n-01
3-Fe
b-01
28-F
eb-0
1
25-M
ar-0
1
19-A
pr-0
1
14-M
ay-0
1
8-Ju
n-01
3-Ju
l-01
28-J
ul-0
1
22-A
ug-0
1
16-S
ep-0
1
11-O
ct-0
1
5-No
v-01
30-N
ov-0
1
25-D
ec-0
1
19-J
an-0
2
13-F
eb-0
2
10-M
ar-0
2
4-Ap
r-02
29-A
pr-0
2
24-M
ay-0
2
date of arrival
Frac
tion
of a
ccep
ted
elec
trod
es
Test elettrodi “B”
frazione di elettrodi accettati
(fino al 30/4/2002)
numero di riparazioni
(fino al 30/4/2002)
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Produzione/test preamp's0T Hybrid Production in Milano
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
5-Sep-2000 22-Nov-2000 23-Feb-2001 27-Apr-2001 29-Jun-2001 22-Oct-2001 13-Dec-2001 15-Mar-2002
Date
No. o
f 4 c
h. h
ybrid
s
ReceivedAccepted
Preamplificatori in tecnologia ibrida:Produzione completata all’inizio di Aprile 2002
accettati 24375
di cui ~ 1000 “spare”
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Produzione/test premp'sRisultati test di qualita’ produzione massa(campione finale di 50000 canali 50Ω/1 mA)
Guadagno Peaking time (5%-100%) Equivalent Noise Current
Limiti di accettabilita’ imposti dalle specifiche del Technical Design Report
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Ricostruzione del segnale
L
C
line
Ical
inj
Iphy
inj
Rpre CR-RC2 Vout
MB + SB
electrode
LArg gap
segnale di calibrazione
(esponenziale)
segnale di ionizzazione(triangolare)
segnali uscenti dallo shaper:
“fisica” (ioniz.)
calibrazione
I segnali di fisica edi calibrazione in
uscita sono diversi, per forma e
normalizzazione:• diverso il segnale
iniettato• diverso il punto
di iniezione
Il guadagno di ogni canale è calibrabile elettronicamente,
iniettando impulsi elettrici noti con precisione
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Ricostruzione del segnale
A
τ
• segnale bipolare: durata del lobo positivo ~125 ns
• segnale campionato ogni 25 ns:– normalmente 5 campionamenti Sk– ⇒ stima di ampiezza A e tempo τ
• Online: fit parabolico su 3 punti• “Optimal Filtering”: più preciso
– A = Σk akSk , Aτ = Σk bkSk
– ak , bk ottimizzati per minimizzare rumore
– occorre conoscere forma e normalizzazione del segnale
• Segnale di calibrazione: OK• Segnale di fisica ???
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Ricostruzione del segnale“mock-up” del calorimetro e.m.
mother board
summing boardssumming boards
catena di cavi completa
(calibrazione+read-out)
iniettori del “segnale di fisica”
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mock-up: raffreddamento cavi
impedenza cavi di calibrazione:
a caldo ~ 58 Ω
a freddo ~ 52 Ω
inoltre diminuisce skin-effect
N2 liquido
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Ricostruzione del segnalemisure sul “mock-up”
fisica
calibrazione
L-effect
rapporto picchi fisica/calibrazione
~0.2%/nH
induttanza L per diverse celle
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LC : frequenza risonante - TC : tempo di calibrazione
Possono essere ricavati dal segnale di calibrazione?
ampiezza delsegnale di
fisica
forma e normalizzazione delsegnale di fisica
funzione di convoluzione
ampiezza delsegnale di
calibrazione
Ricostruzione del segnale
optimal filtering
segnale di calibrazione campionato
• LC
• TC
forma e normalizzazione delsegnale di calibrazione
run di rampa
run di delay
?segnale di
fisica campionato
optimal filtering
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Ricostruzione del segnalestrategia
• per misurare l’ampiezza del segnale occorre conoscerne la forma:• segnale di calibrazione Vout
cali(t)– forma e normalizzazione note con precisione (run di “delay” e di
“rampa”)• segnale di “fisica” o di ionizzazione Vout
phys(t)– forma e normalizzazione ricavabili analiticamente da Vout
cali(t) purché siano noti i parametri
• LC (frequenza risonante)• TC (tempo caratteristico di calibrazione, ~360 ns)• TD (tempo di deriva, ~450 ns)
• è possibile determinare LC , TC dallo studio di Voutcali(t)
• TD va misurato dal segnale di fisica o stimato con simulazioni
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Ricostruzione del segnalemodello in frequenza - 1
0 2
1 1( )Dj T
phys physinj
D
eI Ij T
ω
ωω ω
− −= × +
0( )1
cali cali Cinj
C
TI Ij T
ωω
= × +
il segnale di ionizzazione è triangolaree generato sulla capacità di detector:
il segnale di calibrazione è esponenzialee iniettato sulla Mother Board:
1
( ) ( ) 1cali caliline inj
line
j Lj CI I
j L Zj C
ωωω ω
ωω
+= ×
+ +
segnale di calibrazione sulla linea:
L
C
line
Ical
inj
Iphy
inj
Rpre CR-RC2 Vout
MB + SB
electrode
LArg gap
( ) ( ) ( )out lineV I Hω ω ω= ×
funzione di trasferimento da corrente sulla lineaa tensione in uscita:1
( ) ( ) 1phys physline inj
line
j CI Ij L Z
j C
ωω ωω
ω
= ×+ +
segnale di ionizzazione sulla linea:
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31
Ricostruzione del segnalemodello in frequenza - 2
• indipendente dalla linea di read-out (Zline, H(ω) )• occorre conoscere: LC, TD, TC
( )( )02 2
0
1 1( ) 1( ) 1
Dj Tphys physC Dout
cali caliout D C
j T j T eV IV I LC T T
ωω ωωω ω ω
−+ − − = × × −
forme d'onda(Vout
cal(t) MISURABILE con precisione,Vout
phys (t) campionata ogni 25 ns)correzione del
punto di iniezione(occorre conoscere LC)
correzione da triangoloa esponenziale
(dipende da TD, TC)
rapporto fra le ampiezze di segnalidi calibrazione (I0cali, NOTA) e
di ionizzazione (I0phys, INCOGNITA)
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32
L
C
line
Ical
inj
Iphy
inj
Rpre CR-RC2 Vout
MB + SB
electrode
LArg gap
minimizzazionecoda segnale
risposta a Θ(t)•cos(t/T2)
funzione di convoluzione
U2(t;T2)
risposta a Θ(t)(funzione-gradino)
minimizzazionecoda segnale
risposta a exp(-t/TC+t/T1)
Ricostruzione del segnalecalcolo di TC e LC
funzione di convoluzione
U1(t;T1)
risposta a segnale esponenziale I0caliexp(-t/TC)
T1 = TC
T2 = √LC
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33
Ricostruzione del segnalecalcolo del parametro TC
• Segnale di calibrazione esponenziale:– Iinj
cali(t)= I0caliexp(-t/TC)– tempo caratteristico di Vout
cali (t) è TC ≈360 ns (oltre che altri tempi ≈10 ns)
• Se iniettassi funzione-gradino Θ(t) miaspetterei una coda più corta nel tempo– definisco funzione U1(t;T1) tale che
Iinjcali(t)∗ U1(t;TC)=Θ(t)
– calcolo Voutstep(t)=Vout
cali(t)∗ U1(t;T1)– cerco valore di T1 che minimizza la
coda (e.g. t>600 ns)– ⇒ si ottiene stima di TC.
• in realtà la situazione è complicata dalla presenza di resistenze parassite⇒ altri parametri in più.
— Voutcali (risposta a esponenziale)
— Voutstep (risposta a gradino, calcolata)
— Voutstep (risposta a gradino, misurata)
— differenza
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34
Ricostruzione del segnalecalcolo del parametro LC
L
C
line
Ical
inj
Iphy
inj
Rpre CR-RC2 Vout
MB + SB
electrode
LArg gap
— Voutcali (risposta a exp)
— Voutcos (risposta a cos,
calcolata)
• Se iniettassi funzione-coseno cos(t/√LC)(frequenza risonante) tutto il segnale passerebbe per il ramo L-C– definisco funzione U2(t;T2) tale che
Iinjstep(t)∗ U2(t;T2)= cos(t/T2)
– calcolo Voutcos(t)=Vout
step(t)∗ U2(t;T2)– cerco valore di T2 che minimizza la
coda (e.g. t>400 ns)– ⇒ si ottiene stima di LC.
• anche qui la presenza di resistenze parassite causa la presenza di un segnale residuo in uscita ⇒ altro parametro
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35
canale
TC
calcolato misurato
canale
ω= 1
/√LC
(Hz)
la discrepanza è dovuta alla mother board
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1x 10
-5
Tc = 3.97497E-07±4.93067E-10
fstep = -0.00185844±0.000329153
Tc = 4.31631E-07±9.87879E-10
fstep = -0.00146372±0.000526831
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1x 10
-5
Ricostruzione del segnalecalcolo di TC e LC (sul mock-up)
TC = (431±10) ns
segnale di calibrazione, misurato alla mother board
TC calcolato (420 ÷ 425 ns)
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36
Ricostruzione del segnalestato dell’arte, prospettive
• i parametri elettrici sono determinabili dal segnale di calibrazione• analisi su dati dal “mock-up”:
– metodo provato con successo– valori estratti di LC , TC compatibili con misure dirette– predizione della forma del segnale di fisica (lavoro in corso...)
• analisi su dati dal test beam:– segnale di calibrazione misurato ogni ns per 800 ns (solo su poche celle)– estrazione dei parametri LC , TC dà valori ragionevoli
• programma per test beam 2002:– misura del segnale di calibrazione per 800 ns su una vasta area– calcolo di LC , TC e predizione forme d’onda– calcolo coefficienti di “optimal filtering”, verifica sull’uniformità
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37
Test su fascio situazione/programma
• “moduli-0” (prototipi “full-scale” barrel e endcap)– studiati diffusamente nel 1999-2000– risultati di prossima pubblicazione su NIM
• 4 moduli “di produzione” studiati su fascio nel 2001– 2 moduli “barrel” e 2 moduli “endcap”
• altri 3 moduli saranno studiati nel 2002:– 1 modulo “endcap” (27/5 → 12/6)– 2 moduli “barrel” (19/6 → 4/7 e 24/7 → 7/8)
• test beam combinati e.m.+had:– EMEC + HEC agosto 2002– EMB + TILECAL nel 2004
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38
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
210 220 230 240 250 260 270
Constant 0.4430E+05Mean 241.8Sigma 2.448
141 Cells
Energy(GeV)Ev
ents
/0.25
GeV
0
1
2
3
4
0 50 100 150 200 250 300
η=0.0625full resolutionnoise contributionsubtracted resolution dE/E = a/√E ⊕ b
a = 9.11 ± 0.12%b = 0.47 ± 0.02%
Ebeam (GeV)
dE/E
(%
)
0
1
2
3
4
0 50 100 150 200 250 300
η=0.3375full resolutionnoise contributionsubtracted resolution dE/E = a/√E ⊕ b
a = 9.24 ± 0.10%b = 0.23 ± 0.04%
Ebeam (GeV)
dE/E
(%
)
0
1
2
3
4
0 50 100 150 200 250 300
η=0.5125full resolutionnoise contributionsubtracted resolution dE/E = a/√E ⊕ b
a = 9.23 ± 0.09%b = 0.21 ± 0.02%
Ebeam (GeV)
dE/E
(%
)
Test su fascio “modulo 0” barrel
Energy [GeV]
Entri
es
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
-0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
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39
Test su fascio “modulo 0” endcap
0
1000
2000
90 95 100 105 110
16.86 / 12P1 2027. 22.18P2 100.0 0.1106E-01P3 1.020 0.8633E-02
Etot (GeV)
Eve
nts
/0.4
GeV
σ/E=1.02±0.01%η=1.9
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 50 100 150 200Ebeam (GeV)
σ Rfr
on
t (m
m)
ση=aη/√E ⊕ bη ⊕ cη/E
aη= 2.69± 0.05 mm GeV-1/2
bη= 0.04± 0.03 mm
cη= 0.00± 3.39 mm GeV-1
0
0.5
1
1.5
2
0 50 100 150 200Ebeam (GeV)
σ RM
idd
le (
mm
)
ση=aη/√E ⊕ bη ⊕ cη/E
aη= 5.40± 0.20 mm GeV-1/2
bη= 0.19± 0.06 mm
cη= 9.47± 1.48 mm GeV-1
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40
Test su fascioqualità dei moduli “di produzione”
Mod 13(14 giorni, luglio 2001)
• 98.8% canali OK (su 2409)– problemi dovuti a
cablatura nel setup del test beam
• esposto al fascio 55%– problemi di fascio SPS– alimentatore HV instabile
(modulo OK)
Mod 10(14 giorni, ottobre 2001)
• 98.9% canali OK (su 3120)– problemi dovuti a
cablatura nel setup del test beam
• esposto al fascio 85%• 3 settori con HV su un solo
half-gap– problema nel feedthrough
(modulo OK)
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41
Test su fascioproblema HV “dimezzato” (M10)
Most energetic cell content in Middle
φ = 0φ = 1φ = 2φ = 3φ = 4φ = 5φ = 6φ = 7φ = 8φ = 9φ = 10φ = 11φ = 12φ = 13φ = 14φ = 15
Middle cell η
Mos
t en
erge
tic
cell
cont
ent
(GeV
)
110
120
130
140
150
160
170
0 10 20 30 40 50
Mod 10• un solo half-gap
alimentato in 3 settori
• fattore 2 inserito ad hoc non idoneo
• studi dettagliati in corso, su un settore“dimezzato”artificialmente
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42
M13
M10
Test su fascioostacolo sul fascio (M13)
profilo del fascio nelle camere (integrato su tutti i run)
energia vs η w.r.t. centro-cella(integrato su tutti i run)
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43
Test su fasciouniformità in energia
Uniformity at all φ
Middle cell nr along η
Ene
rgy
(GeV
)
φ=1
φ=2
φ=3
φ=4
φ=5
φ=6
φ=9
φ=10
φ=11
φ=12
φ=13
φ=14
200
210
220
230
240
250
260
0 10 20 30 40 50
Uniformity at all
Ene
rgy
(GeV
)
200
210
220
230
240
250
260
0 10 20 30 4
ricostruzione con “fit parabolico”
ricostruzione con “optimal filtering”
normalizzazione errata (effetto induttanza)
normalizzazione errata (effetto induttanza)
normalizzazionnormalizzazion
resta effetto leakage: ∆E=2.5 GeV per η∈ [0;0.8]
Ebeam = 245 GeVφ
Middle cell nr along η
φ=1
φ=2
φ=3
φ=4
φ=5
φ=6
φ=9
φ=10
φ=11
φ=12
φ=13
φ=14
0 50
e correttae corretta
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44
Test su fascio“ripesamento” di Presampler e Back
η0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
0X
0
5
10
15
20
25
30
35
Beg. of the PSEnd of the PS
Beg. of the stripsBeg. of the middle
End of the middle
End of the back
profondità in unità di X0
0
0.25
0.5
0.75
1
1.25
1.5
1.75
2
2.25
2.5
0 10 20 30 40 50
Weights parametrization vs. η (Strips and Middle togheter)
η
w 1
η
w 4
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 10 20 30 40 50
peso del Presampler vs η
peso del Back vs ηconfronto
correzione pre-shower
correzione leakage
Eopt = Σ wkEk ; wk = pesi dei layers
minimizzazione analitica di σ[Eopt]/⟨Eopt⟩
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45
Test su fascio“ripesamento” (dettagli matematici)
• correzione dell'energia persa a monte del Presampler (preshowering) e a valle del Back (leakage longitudinale) applicando fattori correttivi wkalle misure dei 4 layers:
• i “pesi” wk si determinano minimizzando la risoluzione relativa:
• soluzione analitica:
• λ viene fissato richiedendo che i “pesi” di Strips e Middle siano =1
4
1opt j j
jE w E
=
= ∑
,,
j k j kopt j k
optm m
m
w w CE
E w
σ
µ
=∑
∑1
m mk kk
w Cλ µ−= ∑
, ; Cov ;j j j k j kE C E Eµ = =
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46
Test su fasciouniformità in energia
Uniformity at all φ
Middle cell nr along η
Ene
rgy
(GeV
)
φ=1
φ=2
φ=3
φ=4
φ=5
φ=6
φ=9
φ=10
φ=11
φ=12
φ=13
φ=14
200
210
220
230
240
250
260
0 10 20 30 40 50
ricostruzione con “optimal filtering” σE/⟨E⟩ = 1.0%
transizione piombo
pendenza → leakage
Uniformity with weights at all
Middle cell nr along
Ene
rgy
(GeV
)
200
210
220
230
240
250
260
0 10 20 30 40
leakage corretto
Ebeam = 245 GeV
“optimal filtering” e ripesamento
σE/⟨E⟩ = 0.9%
φ
η
φ=1
φ=2
φ=3
φ=4
φ=5
φ=6
φ=9
φ=10
φ=11
φ=12
φ=13
φ=14
50
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47
Test su fascioriassunto, conclusioni
Mod 13• esposto al fascio 55% del
modulo• ostacolo lungo il fascio
– peggiore misura di energia e di risoluzione
• uniformità su tutto il modulo:0.9%
• uniformità per mother board (8x8 celle): 0.5% ÷ 1.1%
Mod 10• esposto al fascio 85% del
modulo• HV su un solo half-gap in 3
settori– studiare fattore correttivo
• uniformità su tutto il modulo:0.9%
• uniformità per mother board (8x8 celle): 0.4% ÷ 0.9%
risultati migliorabili ⇒ ulteriori studi in corso(termine costante nominale = 0.7%)
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48
Simulazioni di fisica, studio di performances
• studio di H0 → γγ– ricostruzione di γ, separazione γ/π0
• studio di A0 → ττ– ricostruzione di jet da leptoni τ– ricostruzione pT
miss
• performances studiate estensivamente sul vecchio software ATRECON (in FORTRAN)– vd. “Detector and Physics Performance TDR - II” LHCC 99-
15• in esame le performance del nuovo software ATHENA (in C++)
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49
Separazione γ/π0
(Canale H0 → γγ)• separazione grazie alla granularità
molto fine in ∆η delle Strips:– presenza di un 2° massimo– larghezza dello sciame– energia fuori dal “core” dello sciame...
• studi effettuati in passato con ATRECON:– vd. “Detector and Physics Performance
TDR - II” LHCC 99-15– efficienza sui γ = 90%– fattore di reiezione dei π0 ≈ 3
• studi ripetuti con ATHENA:– efficienza e reiezione compatibili a
quelli ottenuti con ATRECON
γ-π0 (conv+unconv γ)
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
100
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5
Athena
η
γ ef
fici
ency
(%
)
Atrecon
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5
η
π0 rej
ectio
n fa
ctor
Athena
Atrecon
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separazione γ/π0
γ-π0 at η=0.3 Athena (conv+unconv)
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Fraction of energy in the strips
No.
(no
rm)
10-3
10-2
10-1
1
0 2 4 6 8 10
π0
γ
Et of 2nd maximum (eg_e2ts1)
No.
(no
rm)
10-3
10-2
10-1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
π0
γ
(eg_e2ts1 - eg_mins1)
No.
(no
rm)
0
0.025
0.05
0.075
0.1
0.125
0.15
0.175
0.2
0.225
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
eg_fracs1
No.
(no
rm)
π0
γ
γ-π0 at η=0.3 Athena (conv+unconv)
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
-0.4 -0.2 0 0.2 0.4
Barycenter in the strips
Eg_
wid
ths1
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
-0.4 -0.2 0 0.2 0.4
Barycenter in the strips
Eg_
wid
ths1
0
0.025
0.05
0.075
0.1
0.125
0.15
0.175
0.2
0.225
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
π0
γ
eg_weta1
No.
(no
rm)
(ET 2nd maximum)-(ET minimum) (E7- E3)/E3
(ET 2nd maximum)
sho
wer
wid
th mea
sure
d in
st
rips
sho
wer
wid
th mea
sure
d in
st
rips
shower width measured in strips
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51
Athena :Athena :<>=2.27<>=2.27RMS=1.1 RMS=1.1
AtreconAtrecon: : <>=2.29<>=2.29RMS=1.1 RMS=1.1
Athena :Athena :<>=0.067<>=0.067RMS=0.042 RMS=0.042
AtreconAtrecon: : <>=0.066<>=0.066RMS=0.039 RMS=0.039
Athena :Athena :<>=0.111<>=0.111RMS=0.074RMS=0.074
AtreconAtrecon: : <>=0.115<>=0.115RMS=0.070RMS=0.070
Athena :Athena :<>=0.006<>=0.006RMS=0.007RMS=0.007
AtreconAtrecon: : <>=0.007<>=0.007RMS=0.00RMS=0.00
Athena =Athena =AtreconAtrecon==
• ricostruzione e identificazione basata sulle informazioni dai calorimetri e dall’inner detector:– “raggio” nel calorimetro e.m.– isolamento nel calorimetro– larghezza nelle strips– numero di tracce cariche
associate• canale A0 → ττ: efficienza =
30%, reiezione di jets adronici ~2000
• confronto ATHENA / ATRECON
Jet da leptoni τricostruzione e identificazione
8 8
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52
Momento trasverso mancantericostruzione e calibrazione
• PTmiss quantità cruciale per studi di
SUSY• risoluzione di PT
miss cruciale per il canaleA0 → ττ (ricostruzione della massa)
• PTmiss ricostruito con tutte le celle del
calorimetro (incluse nei clusters edesterne ai clusters)
• effetti importanti:– noise/pileup– zero-suppression nei calorimetri– calibrazione/intercalibrazione dei
calorimetribassa luminosità
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53
Conclusioni• Impegni hardware contemplati nel CORE in fase conclusiva
– extra-costi = +20% (in CHF)• Incremento di attività nei campi:
– simulazioni di fisica / studio di performance– ricostruzione di segnale– test beam
• Possibili attività future:– test beam combinato EMB+TILECAL (+MU? +Tracker??)– sistema di monitoraggio temperatura nel criostato durante i test
di cool-down (e forse in ATLAS ?)– misura a freddo dei canali EMB con tecnica Time Domain
Reflectometry (TDR)– misure del noise coerente su Reference Crate
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54
Costi
Capitolo Contributo Milano previsto reale
(%) (kCHF) (kCHF)
Componenti, schede multi-layer, cavi 5.0 30 30Test elettrici per elettrodi kapton 50.0 200 214Produzione industriale elettrodi kapton 26.5 2464 3109Contatti di massa 100.0 150 199Logistica 25.0 50 50Preamp’s a caldo per EM e FCAL 50.0 833 883Totale 3727 4485