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Firenze - 4 Luglio 2005 L’esperimento LHCf
LHCf:LHCf: un esperimento per la un esperimento per la fisica dei raggi cosmici ad LHCfisica dei raggi cosmici ad LHC
Oscar AdrianiINFN Sezione di Firenze - Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Firenze
LA FISICA DI LHCfLA FISICA DI LHCf
L’APPARATO SPERIMENTALEL’APPARATO SPERIMENTALE
IL POSSIBILE CONTRIBUTO DI FIRENZEIL POSSIBILE CONTRIBUTO DI FIRENZE
Studio delle sezioni d’urto di produzioneStudio delle sezioni d’urto di produzionedi pioni neutri nella regione “ di pioni neutri nella regione “ very forwardvery forward ” ”
ad un’energia equivalente di 10ad un’energia equivalente di 101717 eV nel laboratorio eV nel laboratorio
Firenze - 4 Luglio 2005 L’esperimento LHCf
La Collaborazione LHCfLa Collaborazione LHCfO. Adriani(1), L. Bonechi(1), M. Bongi(1), A. Faus(2), M. Haguenauer(3), Y. Itow(4), K. Kasahara(5), K. Masuda(4), Y. Matsubara(4), H. Matsumoto(4), H. Menjo(4), Y. Muraki(4), T. Sako(4), T. Tamura(6), S. Torii(7), W.C. Turner(8), J. Velasco(2), K. Yoshida(6)
(1) Università di Firenze, Italia
(2) IFIC, Centro Mixto CSIC-UVEG, Valencia, Spain
(3) Ecole - Polytechnique, Paris, France
(4) STE laboratory, Nagoya University, Japan
(5) Shibaura Inst. of Techn., Saitama, Japan
(6) Kanagawa University, Yokohama, Japan
(7)Advanced Research Inst. for Science and Engineering, Waseda University Japan
(8) LBNL, Berkeley, California, USA
LHC at CERN
Switzerland
France
4.3 km
Deriva dalla collaborazione CERN UA7 che ha effettuato uno studio della produzione di e 0 a basso angolo (E = 1014 eV nel laboratorio)
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• Il contributo predominante al flusso di energia è nella regione “ very forward ” ( = 0)
• Le misure a più alta energia (E=1014 eV) di sezione d’urto di produzione di pioni neutri in regione di alta rapidità ( , y = 5÷7) sono quelle di UA7
• LHCf consente di estendere le misure fino a EElablab=10=101717 eV eV (energia equivalente nel s.d.r. del laboratorio, Elab= E2
cm(LHC)/2 mP)
Sviluppo di sciami atmosfericiSviluppo di sciami atmosferici
2tanln y
Simulazione di uno sciame atmosferico iniziato da un protone di 1019 eV.
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• Installazione di un Calorimetro Elettromagnetico per rivelare i π0 prodotti nell’interazione pp ad LHC, nella regione in cui si ha la separazione del tubo a vuoto, ad una distanza di circa 115m (140m) dal punto di interazione (IP)
• Possibilità di utilizzare le regioni di interazione IR1 (ATLASATLAS) e IR8 (LHCbLHCb)
Metodo sperimentale propostoMetodo sperimentale proposto
interno:95mm
Firenze - 4 Luglio 2005 L’esperimento LHCf
Installazione di due rivelatori Installazione di due rivelatori indipendentiindipendenti
INTERACTION POINT
IP1 (ATLAS)or
IP8 (LHCb)
Beam line
Detector II
Tungsteno
Scintillatore
Piani di silicio
Detector I
Tungsteno
Scintillatore
Fibre scintillanti
~110m/140m
~110m/140m
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Installazione di due rivelatori Installazione di due rivelatori indipendentiindipendenti
Detector I
Interamente a carico dei giapponesi
Le fibre scintillanti sono realizzate in strati che coprono esattamente la sezione delle tre torri del calorimetro.
Strati di tungsteno
(2 r.l.)
Layer di scintillatore (3mm)
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Detector II
Giappone/Italia Le fibre scintillanti sono sostituite da rivelatori al silicio con geometria ‘tradizionale’
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Perche’ i silici?
• Migliore precisione nella ricostruzone del punto di impatto dei fotoni
• Migliore selezione di eventi ‘puri’ (1 )• Migliore ricostruzione della massa del
0 (calibrazione in energia!)• Contenimento trasversale degli sciami
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SIMULAZIONEDEL
CALORIMETRODue simulazioni indipendenti:a) programma “custom” (Giappone)b) Fluka (Firenze) Silici!!!Cross check dei risultati!
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Profilo longitudinale degli sciami Profilo longitudinale degli sciami ((γγ/n)/n)
Fluka
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Simulazioni: ricostruzione dell’energia dei Simulazioni: ricostruzione dell’energia dei e e risoluzionerisoluzione
2 mm dal bordo: perdita 15%di energia (correggibile!)
FlukaCustom
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Fluka
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Fluka
Dinamica 400 MIP
Chip PACE3 (CMS) 100 MIP
200 MIP
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Fluka
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LHCf LHCf - - scheduleschedule ESPERIMENTO APPROVATO DA Ministery of Education IN ESPERIMENTO APPROVATO DA Ministery of Education IN
GIAPPONE nell’ambito dello studio dei RC di altissima energia (TA)GIAPPONE nell’ambito dello studio dei RC di altissima energia (TA)
4 MAGGIO 2004: 4 MAGGIO 2004: LETTER OF INTENTLETTER OF INTENT a a LHC CommitteeLHC Committee ((LHCCLHCC))
ESPERIMENTO APPROVATO DA LHCCESPERIMENTO APPROVATO DA LHCC
RICHIESTI DA RICHIESTI DA LHCCLHCC::
1)1) BEAM TEST BEAM TEST per lo studio della risoluzione energetica del rivelatore per lo studio della risoluzione energetica del rivelatore
(definizione della regione fiduciale)(definizione della regione fiduciale)
2) simulazione per2) simulazione per lo lo STUDIO DEI FONDISTUDIO DEI FONDI di macchina di macchina
3) 3) TECHNICAL DESIGNTECHNICAL DESIGN dell’apparato completo dell’apparato completo
TEST AL CERN (SPS) EFFETTUATO IN LUGLIO/AGOSTO 2004 TEST AL CERN (SPS) EFFETTUATO IN LUGLIO/AGOSTO 2004
(misurata la risoluzione in energia per elettroni fino a 200 GeV; misurati (misurata la risoluzione in energia per elettroni fino a 200 GeV; misurati
inoltre adroni e muoni)inoltre adroni e muoni)
Firenze - 4 Luglio 2005 L’esperimento LHCf
Il possibile contributo di Firenze
• Simulazione con Fluka• 3 doppi layers di silicio• 1 doppio layer davanti al calorimetro• Chips di preamplificazione (PACE3?)• Elettronica di conversione e readout• Elettronica di DAQ• Contributo a ADC VME (Scintillatori)• Contributo a Power Supply System
Firenze - 4 Luglio 2005 L’esperimento LHCf
Firenze - 4 Luglio 2005 L’esperimento LHCf
Firenze - 4 Luglio 2005 L’esperimento LHCf
ConclusioniConclusioni
• Settembre: LHCC• Settembre: Commissione 1 INFN• 2006: costruzione dei 2 detectors e
test su fascio• 2007: presa dati a LHC!!!!