Attività a Perugia e stato dell’esperimento

Attività a Perugia e stato

dell’esperimento

N.Nappi, Catania, 20/9/02

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Nello Nappi, Comm. I 20/9/02

Sommario

Breve promemoria

Attività a Perugia Trigger di primo livello

Primi tests matrice di coincidenza “compensata” Simulazioni Linee di sviluppo

Stato delle simulazioni M.C. su “inner liner”

Stato dell’esperimento Attività degli altri gruppi Situazione politica in USA

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Breve promemoria

Misura di (B.R. ˜ 3 1011) con ˜ 50 eventi, S/F ˜ 2 a BNL. Caratteristiche principali:

Fascio di K micro-bunched per misura tempo di volo Preradiatore tracciante + Calorimetro Shashlik Sistema di veto ermetico e di grande efficienza

Iter di approvazione all’interno dell’NSF completo Fondi per “initial design” e R&D In attesa di finanziamento speciale “MREFC”

Discussione in gr I settembre 2001 ( Castelgandolfo) Interessi del gruppo di Perugia ( v. G.Anzivino, maggio

2002): Trigger di primo livello ( livello 0 ) Studio dei problemi connessi con code di risoluzione per fotoni

a piccoli angoli ( nel quadro degli initial studies )

00 LK

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Simulazioni per livello 0

Simulazione Geant per stime di rate e di efficienze Simulazione di segnale e fondo con la molteplicità di

eventi/microbunch prevista

Valutazione di condizioni di trigger semplici Condizioni sul numero di strisce con segnale in PR +

CAL Depositi di energia in PR+Cal in proiezioni x ed y ma

sommati in profondità Conteggio NX, NY con E>20MeV [(NX>1)+(NY>1)] ·(NX<5) ·(NY<5) ·(0<Nquad<3)

Veto Usati tutti ad eccezione della cornice del preradiatore e di

quelli nella regione a valle

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La “bottom line”

Occorre migliorare l’efficienza e ridurre il rate

Efficiencies ( % )PR OR (12MeV )

Vetos:CUV NUV NBV CBV CPR CEBP

CDV

PR penetration(2 mod>12MeV)

Nx - Ny proj

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Aspetti critici del livello 0

possibile riduzione di rate di un fattore 4 Perdite per accidentali

• Rate deve essere stimato con configurazione realistica, ma ha contributi anche da decadimenti downstream

• Jitter da fluttuazioni di percorso dei fotoni trascurabile

NX vs Ny non fornisce discriminazione sufficiente In particolare: contributo

da vertici fuori della regione fiduciale

Contromisure possibili: Miglioramento del pattern

recognition per maggiore selettività sulla origine delle tracce

Uso di veto downstream

90KHz 24KHz

23KHz 3KHz

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Proiezioni x - y (integrate in z)

SEGNALE FONDO

Anche (Nx=1, Ny=1) escluse nelle condizioni finali

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Linee di sviluppo elettronica trigger

Miglioramento della risoluzione temporale “online” Compensazione del jitter dovuto alla propagazione della luce

negli scintillatori Matrice di coincidenze x-y delle strisce di scintillatore del

preradiatore• Prototipo finanziato a maggio

Scopo dei test• Può essere realizzata in maniera semplice e compatta con

PGA ?

Pattern recognition usando gli scintillatori del preradiatore per selezionare fotoni provenienti dalla regione di decadimento Caratterizzazione geometrica degli sciami nel preradiatore

mediante simulazione Monte-Carlo Prime idee ( in grandi linee ) su una architettura globale che

permetta di effettuare questa analisi in pipeline

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Sviluppo “matrice di coincidenze” x-y

Domande Si ottiene una accuratezza adeguata (~ 1ns) realizzando

i ritardi mediante “buffers” aggiuntivi ? Incertezze di routing Predicibilità e riproducibilità del ritardo

• Possibilità di aggiustamento programmabile ? Stabilità

Primo prototipo: Matrice 6 X 6 con ritardo prodotto da un solo “buffer”

Simulazione mediante software di sviluppo

Realizzata su FPGA Actel ( famiglia SX-A) Scheda di test

Prime misure ( acerbe !) dei ritardi di una catena

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Schema primo prototipo (R.Cenci)

Ritorna a misure

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Simulazione “post layout”

t tra impulso di riferimento ed uscita 1 entry = 1coincidenza

Impulso di riferimento ritardato di un tempo corrispondente alla sua posizione ( fisso )

Simulazione con parametri minimi, tipici, massimi

Differenze dovute al routing entro 1ns

Differenze dovute alle possibili variazioni dei parametri importante Quanto tipico è il valore

tipico?

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Scheda di test

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Misura ritardi per una catena

t tra impulso di riferimento ed uscita, ma con impulso di riferimento non

ritardato secondo la posizione della coincidenza

Anomalie: Ritardo 1-2 “grande” , ma in

accordo con simulazione Routing ?

Ritardo 4-5 “piccolo” Ritardo dipende dal carico, ma

perché non in simulazione?

Conclusioni premature

Abbiamo uno schema per aggiustamento programmabile

Schema

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Primi passi verso un progetto globale

Diagramma a blocchi

Complessità del pattern recognition? Risultati simulazione:

Molteplicità di celle nei primi strati dopo la conversione piccola

Se le celle con segnale sono “rilocate” alla cella nella quale avviene la conversione, piccolo numero di configurazioni accettabili

Algoritmo basato su look-up tables possibile Programma di lavoro:

Definizione di un algoritmo esplicito• Celle x-y o strisce in x ed y separatamente ?

Valutazione Monte-Carlo Sviluppo del progetto elettronico Prototipo logica cluster counting

4/03

12/03

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Diagramma a blocchi tentativo

x – y logicin each

preradiatorQ/M

y

u

Q/MOR

eventtime

vetosvetologic

otherQ/M’s

x

Analog sumslogic

25MHzsynchronization



y clustering

x clustering

finaldecision

OtherQ’s25MHz

synchronizationand fine time

x patternrecognition

x clusters: other M’s same Q

Interestingregion list

y patternrecognition

y clusters: other M’s same Q

x y

Disegno per logiche x ed y separate (da decidere) Tutto sincrono, ad eccezione della zona

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Molteplicità di celle x-y del prerad.(1)

Taglia corto

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Taglia corto

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Taglia corto

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Regione intorno alla beam pipe

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Inner liner (Giusy )

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Inner liner: segnale/fondo

Risultati precedenti indicavano la necessità di una cornice sottile nel PR e spessa nel calorimetro, ma Risultati pessimistici ( risposta fotoni per incidenza normale)

Effetto incidenza ad angolo (S.G.+F.M.) Parametrizzazione

3D delle code ( vs E, d, )

Con incidenza ad angolo e senza I.L. nel prerad stessi risultati che con incidenza normale ed I.L.

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Integrazione “fastmc”/GEANT

Nuovo approccio alla simulazione Monte-Carlo Finora:

Geant fotoni con cinematica fissata parametrizzazione risposta “fast” MC con risoluzione simulata secondo la parametrizzazione (interpolata tra punti vicini)

Procedura pesante, che non consente di studiare variazioni della geometrria

Nuova procedura: fastmc usato come generatore di tracce (gukine) per GEANT

• passa a Geant solo le tracce nella regione critica nella routine di output di GEANT (guout) le energie ottenute

con GEANT sostituiscono quelle generate nel fastmc• Geant utilizzato solo per valutare energia persa e

suddivisione della energia tra i vari rivelatori

Programma sviluppato da E.Imbergamo, provato e funzionante

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Prime simulazioni con il nuovo approccio

Geometria simulata: Regione preradiatore

preradiatore penetra nelle costole fino alla beam pipe

Regione calorimetro: 2 casi:

• no inner liner• inner liner di CsI che

riempie completamente la regione delle costole

Ulteriori studi in programma Valutazione segnale/fondo

con ottimizzazione tagli Altre geometrie basate su

volumi minori di cristallo

CALInner liner

Inner liner

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Esempi di risultati nuova simulazione(1)

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(/E)EGeV

fraz. eventi nelle code

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Programmi di R&D per il rivelatore

Cristalli di CsI puro letti con WLS in lamine (ffc) o fibre + APD’s Woody et al. [ IEEE 42(1995)292 ] hanno effettuato

misure di light yield con fotomoltiplicatori Con barre di BC404 di dimensioni 30 X 3.5 X 0.5 cm3

ottengono ˜ 80 p.e./MeV Con 5 fibre di BCF-12 O 2mm: 7.3 p.e./MeV

E.Lorenz et al. quotano, per lamine di 3X3X0.3cm3 plates (BASF #083 e #241 dyes):

2500 ph/MeV 20 % light coupling efficiency to FFC 18 p.e./MeV 5 % light transfer to APD 70 % QE

Con le cifre precedenti, assumendo rumore di 9 p.e. per APD Hamamatsu S8148 < 0.5 MeV noise ?

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Risultati di Woody et al.

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Scopi dell’R&D

Programma di misure Confronto prestazioni

sistema con ffc vs fibre Sulla base dei risultati di

Woody et al si attendono prestazioni confrontabili

Pro e contro diversi per il layout nell’esperimento

Ottimizzazione del WLS e della geometria

Finalizzare le scelte prima della fine del 2003

10/03

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Possibile layout per sistema con ffc

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Possibile layout sistema con fibre

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Altre attività dell’esperimento

Attività “come se” fondi per costruzione da 2003 BNL

test della tecnica di microbunching (cavità 93 MHz) progettazione del fascio secondario

BNL+TRIUMF: sviluppo per microbunching a 25 MHz Yale

Progetto vacuum tank Progetto calorimetro + alternativa per preradiator veto

Mosca: Prototipi contatori di veto per fotoni TRIUMF

Prototipi preradiatore ( piano prevede 5 passi ) Progettazione elettronica di readout

Kyoto: R&D su catcher ad aerogel Zurigo: Prototipi contatori di veto per particelle cariche

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Microbunch

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Cavità 25 MHz

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Vacuum vessel

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Yale: readout con APD (simulazioni)

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Mosca: sviluppo veto per fotoni

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Triumph prerad

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Triumf_ele

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Kyoto: prototipo 1 modulo catcher

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Kyoto: proto 2

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Zurich

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Situazione politica USA

Punti positivi segnalati nel report di maggio HEPAP subpanel RSVP menzionato come approvato dal NSB e finanziato

per “initial studies” nel budget USA

Negli USA, dopo, pochi fatti, ma molto “lavoro diplomatico” Speranze riposte in uno dei 2 scenari:

KOPIO finanziato sul budget 2004 Se fondi MRE dell’NSF incrementati per emendamento del

congresso, possibilità di finanziamento nel 2003

Un fatto molto importante dal Canada L’ R&D sul fascio ha ricevuto un finanziamento di 7.2M$

dalla CFI ( Canada foundation for innovation ) Salta alla fine

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CFI

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Conclusioni

Attività di Perugia Trigger di livello 0

Primi prototipi disponibili per studio proprietà matrice di coincidenze

Stiamo impostando gli sviluppi futuri

Inner liner Simulazioni da completare, ma configurazione di massima

abbastanza ben definita per impostare la scelta della tecnica Il nostro contributo alla scelta della tecnica non implica un

nostro interesse nella costruzione

Lo stato dell’esperimento lascia ben sperare Attività sperimentale intensa e buone possibilità di

finanziamento per la costruzione Un allargamento della collaborazione italiana è un

obiettivo sempre alto nelle nostre priorità

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