11/15/2007   M.Nessi  

ATLAS Il rivelatore a PIXEL di ATLAS

Claudia Gemme INFN-Genova

•  Rivelatori traccianti •  Pixel detector •  Costruzione/installazione del detector •  E adesso?

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I rivelatori sono posti nei punti in cui i due fasci vengono fatti collidere tra di loro. Devono essere in grado di:

- identificare le particelle che si formano

- misurare l’energia , la carica e la direzione di ciascuna particella

A complicare:

- Molte particelle che si formano nelle interazioni, per esempio Z,W, Higgs, decadono immediatamente in particelle piu’ elementari; altre riescono a percorre alcuni cm e poi decadono formando vertici ‘secondari’

-  alcuni costituenti fondamentali (i quarks) non sono capaci di stare da soli e formano immediatamente particelle composte.

-  à dalle particelle secondarie si deducono le proprieta’ di quelle genitrici e dei processi elementari

Un rivelatore per LHC

Come e’ fatto un “microscopio” (a strati specializzati…)

tracciatore Calor. adronico

Cal. Elettrom. Rivelatore µ

elettrone

fotone

adrone neutro (n)

adrone carico (p)

muone

neutrini

Il tracciatore e il rivelatore di muoni sono immersi in un campo magnetico in modo che dalla curvatura delle tracce cariche si misuri la loro velocita (impulso)

Tracciatore ü  Sono strati sottili di gas o semiconduttore che

vengono ionizzati (cioe’ vengono strappati dagli atomi gli elettroni piu’ esterni, meno legati) dalla particella carica che passa.

ü  La ionizzazione genera un piccolo impulso di corrente raccolto da elettrodi, amplificato e memorizzato dando cosi’ origine a un ‘hit’, ovvero un ‘punto’ sul piano del rivelatore.

ü  Il tracciatore deve essere piu’ trasparente possibile al passaggio delle particelle in modo da non perturbarne le proprieta’.

ü  Con successive analisi dei dati: §  Da un insieme di hit allineati su una traiettoria

si forma una traccia. §  Il tracciatore e’ di solito in un campo

magnetico: le particelle cariche curvano -> dal raggio di curvatura si misura la velocita’ della particella.

Raggi cosmici

Tracking in ATLAS ü  Three different

technologies detectors in a 2T Solenoid Magnet

ü  ~ 6m long, 1.1m radius ü  Pixels: 50x400 μm2 cell ü  Silicon Strips (SCT): 80

μm pitch, 40 mrad stereo strips

ü  Transition Radiation Tracker (TRT): straw tubes providing up to 36 hits/track with e/π separation

Tracking: Inner Detector ü  Three different

technologies detectors in a 2T Solenoid Magnet

ü  ~ 6m long, 1.1m radius ü  Pixels: 50x400 μm2 cell ü  Silicon Strips (SCT): 80

μm pitch, 40 mrad stereo strips

ü  Transition Radiation Tracker (TRT): straw tubes providing up to 36 hits/track with e/π separation

Required Resolution on momentum: σpT /pT = 0.05% pT ⊕1%, | η |<2.5

Challenge: ~1k tracks /25 ns

7 precision Si points/track each rφ and z

36 precision points per track in TRT

MC

Rivelatori a Pixel ü  In un rivelatore a pixel gli elementi sensibili sono organizzati in una matrice. ü  Se un campo elettrico esterno e’ applicato al rivelatore, gli elettroni si

muovono verso la superficie del rivelatore formando una piccola corrente elettrica che viene amplificata, trattata e mandata verso l’esterno da un chip di elettronica.

ü  Il contatto tra sensore e elettronica è realizzato con una tecnica di microconnessione detta “bump bonding”, che utilizza reticoli di sferette conduttrici del diametro di pochi micron.

pixel colpito In ATLAS il rivelatore

piu’ vicino alle collisioni e’ un rivelatore a Pixel che da’ precisione di ~10 um.

Perche’ il rivelatore a Pixel?

ü  Perche’ dobbiamo ricostruire con precisione tracce e vertici dove la densita’ di particelle e’ maggiore!

2011 event with 20 primary vertices

Il rivelatore a Pixel: dalle idee al rivelatore funzionante Prima del 1998: vari gruppi di ricerca per sviluppo tecnologie

1998 Descrizione tecnica del rivelatore 2004 inizio della produzione dei moduli nel laboratori 2006 inizio integrazione al Cern: assemblaggio del rivelatore

in superficie Giugno 2007 installazione in ATLAS Settembre 2008 primi cosmici osservati nel rivelatore Autunno 2009: prime collisioni in LHC

The ATLAS Pixel Detector→ le idee

•  The Pixel Detector is the vertex detector for the ATLAS experiment.

•  It consists of three barrel layers and six disks, covering with three precise measurement points

•  Radius =5, 9,12 cm

•  There are a total of 80 million channels and a sensitive area of 1.6 m2.

B-Layer B-Layer

B-Layer Layer-1

Disks Disks Disks

Beampipe

Il concetto di modulo ü  I moduli – 1744 in tutto- sono i

i mattoni del rivelatore a pixel. ü  La parte sensibile del

rivelatore e’ uno strato di Silicio (60.8×16.4 mm2 × 250 µm diviso in una matrice di pixel (50 µm × 400 µm)

ü  Su ogni pixel e’ deposta una pallina di In o Sn/Pb per creare il contatto con i chip di elettronica.

ü  16 front-end electronics chips sono connessi al sensor (tecnica del bump-bonding)

ü  Un circuito incollato sul retro del sensore permette la comunicazione con il mondo esterno e il routing delle alimentazioni.

ü  E poi i moduli sono incollati su delle stecche di Carbonio.

Circa 800 sono stati costruiti e qualificati a Genova nel 2004-2006!

Le fasi dell’integrazione

Un vero lavoro di squadra!

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... E poi l’installazione in ATLAS (June 2007)

E adesso: Long shutdown 2012-14 ü  Abbiamo costruendo un nuovo rivelatore, IBL (insertable B Layer),

da inserire ancora piu’ vicino al punto di interazioneà 3.5 cm di raggio.

ü  Cosi’ avremo 4 punti molto precisi e la ricostruzione delle tracce e dei vertici potra’ migliorare.

ü  14 stecche con 20 moduli montati in estate •  A Genova costruiti meta’ dei moduli. Adesso vi facciamo vedere

come lo facciamo.

IBL installato e funzionante

IBL

Pixel