BTeV

Luigi

9 Settembre 2004

Stato d’Approvazione

• Superato CD-1– Stiamo aspettando l’approvazione ufficiale dal DOE

• E’ stato il risultato di un complicato insieme di review– CD1 Lehman Review

• DOE standard review per CD1

– FNAL-PAC Review• Review interno a FNAL con lo scopo di rivalutare la competivita’ di BTeV

alla luce del nuovo scenario di staging

– P5 Review• Con lo stesso scopo del PAC review, ma condotto da P5, comitato ufficiale

del DOE per le scelte di programma come da nuova “road map” per le scienze in USA

• Sentite presentazioni da parte degli spokesman di BTeV e LHCb, del chair del PAC e del direttore di FNAL

Letter Report on the Review of the Revised BTeV Schedule

June 22, 2004• The committee found the proposed schedule for the

construction of the detector is reasonable and appropriate in view of the technical tasks and proposed funding profiles.

• The committee unanimously agreed that the critical path has been identified in all subsystems.

• In summary, the Committee concludes that the revised plan for BTeV construction has a much higher probability of success for completion than the plan presented at the April CD-1 review, and, therefore, finds the BTeV construction project ready for CD-1.

FNAL Physics Advisory Committee Recommendations

• The completed BTeV detector will enjoy significant advantages over LHCb, including a superior, inclusive triggering scheme, a three-dimensional high-granularity pixel tracker, a higher resolution electromagnetic calorimeter, and a DAQ system that allows for high event rate to mass storage. Thus, despite the higher b-quark cross section at the LHC, each fb-1 of data is expected to yield a superior physics payoff for BTeV. The Committee found nothing in the staging scheme that will diminish these ultimate physics capabilities of BTeV.

• The Committee expects BTeV to be competitive with LHCb as soon as BTeV starts analyzing data, giving it a good chance to participate in the initial measurements, which should have significant discovery potential.

• The Committee reiterates that nothing in the staged schedule will affect the expected superiority of BTeV on a wide range of compelling heavy flavor physics topics.

• In light of these findings, the Committee unanimously endorses the staging plan for BTeV.

Abraham Seiden, Chair of P5 Committee

• I punti salienti– BTeV will provide an improvement of typically a factor of

two in the errors relative to both the B-factories and LHCb on a broad set of measurements of the unitarity triangle angles in the Standard Model for the B0 system, if the B-factories accumulate no more than 3 ab-1 of data.

– For the Bs, which is not produced at the B-factories, BTeV’s errors on the unitarity triangle angles are smaller than those of LHCb by roughly a factor of three.

– BTeV would provide a factor of 12 more B decays written to tape than a 3 ab-1 B-factory data sample and a factor of 6 more than LHCb.

Abraham Seiden, Chair of P5 Committee

• Conclusioni– Given our analysis, we find that our conclusions of last

year are unchanged in the staging scenario proposed by BTeV and we reaffirm these conclusions. The method of staging chosen by BTeV is an appropriate choice to maximize their physics opportunities.

• Caveat– If various constraints, budget or technical, would result in a

completion date beyond the end of FY 2010, we would not support a start of the project.

Stato d’Approvazione

• Prossime tappe– Director Review for CD-2/3a il 28 Settembre– CD-2/3a il 28 Ottobre– Ci aspettiamo l’OK definitivo per CD-2/3a entro

Marzo 2005• CD-2/3a Possiamo iniziare a spendere soldi per la

costruzione di BTeV

Scenario di Staging

• Articolato in 2 stage– Stage 1: operativo nel Novembre 2009

– Stage 2: operativo nel Settembre 2010

• Questo per ottenere margini di “float” dell’ordine di 1 anno senza compromettere la competivita’ con LHCb– Nulla ci vieta, a parte il funding, di essere pronti prima

• Avremo cosi’ – 6 mesi di run con apparato ridotto a cavallo del 2009-2010

– e run continuo con apparato completo a partire dal 2010

Cosa vogliamo fare

• Pensiamo di assumerci impegni costruttivi solo laddove ne abbiamo la piena responsabilita’.

• Specificamente1. Il sistema a micro-strip del forward tracker

– Luigi responsabile dell’intero sistema

2. I moduli centrali degli straw, M0 e M1– Prodotti da Frascati secondo il progetto da loro sviluppato– Franco responsabile del progetto

3. Il sistema di monitor di posizione a FBG– Frascati lo implementera’ per gli straw, le strip ed i pixel– Franco responsabile del progetto

Responsabilita’ Micro-Strip• Progetto controllato e gestito dai gruppi italiani come

dimostrato dal relativo staffing.– Lev 2 Managers

– Luigi Moroni– John Cumalat (deputy)

– Lev 3 Managers• Sensors

– S.Sala (Milano)

• Electronics– V.Re (Pavia)

• Mechanics– L.Moroni (Mi) & J.Cumalat (CU)

• Cooling– E.Cossali (Pavia)

• System Integration & Testing– D.Menasce (Milano)

Consistenza del Gruppo

• LNF– 16 Ricercatori (10.7 FTE) + 2 Tecnologi (0.6 FTE)

• Milano– 9 Ricercatori (8.2 FTE) + 4 Tecnologi (2.1 FTE)

• Pavia– 6 Ricercatori (3.1 FTE) + 10 Tecnologi (7.2 FTE)

• In totale – 31 + 16 = 47 persone (32 FTE)

Richieste Finanziarie 2005-2009

Item Costr.App. (k$) Note

Micro-Strip 3,497 Pari a circa il 50% del costo totale

Straw 1,444 M0X & M1

FBG 418 182(Strip)+93(Straw)+143(Pixel)

Totale 5,359 Nel caso, + 35% di contingenza

N.B. IVA e altri sovracosti non inclusi

Profilo di Spesa in Costr. App.

Detector 2005 2006 2007 2008 2009 Totali

Micro-Strip 336 947 1,489 677 48 3,497

Straw 437 560 245 162 40 1,444

FBG 88 50 240 30 10 418

Totali 861 1,557 1,974 869 98 5,359

N.B. Profilo in K$ come da WBS

Profilo di Spesa Globale

Criteri di stima adottati per anni successivi al 2005:

• Costr. App.: $=Euro, per IVA e sovraccosti

• Cons.: 15% di CA; nel 2009 inizia l’installazione

• Miss.Est.: stimate sulla base della consistenza attuale del gruppo, 32 FTE

AnniMissioni Interne

Missioni Estere

Cons. Trasp. Calcolo Manut Invent.Costr App

Totali

2005 56 572 547 15 3 1 57 564 1,815

2006 60 600 234 20 5 2 20 1,557 2,498

2007 60 700 296 30 5 5 20 1,974 3,090

2008 60 700 130 30 10 5 50 869 1,854

2009 60 700 400 20 5 5 20 98 1,308

Totale 296 3,272 1,607 115 28 18 167 5,062 10,565

Micro-Strip Time-Line2005 2006 2007 2008 2009 2010

PrototipizzazonePre-Produzione

ProduzioneInstallazione - Stage 1Installazione - Stage 2

Sviluppo Prototipo Ladder

Preparazione & Test dei ComponentiAssemblaggio & Test Ladder

Sviluppo Prototipo Piano

Preparazione & Test dei ComponentiAssemblaggio & Test Piano

Sviluppo Prototipo Stazione

Preparazione & Test dei ComponentiAssemblaggio & Test Stazione

Produzione Finale

Preparazione & Test dei ComponentiAssemblaggio & Test Finali

Float

Straw Time-Line2005 2006 2007 2008 2009 2010

CFRPM1 Pre-Produzione

M0 PrototipizzazioneM0 Pre-Produzione

Gara ProduzioneProduzione

Straw ChamberPrototizzazione sandwich M0

Pre-Produzione sandw- validazioneAutomazione tools

Tools Validazione tomo coll CasaliAcquisto Straw e camponenti

Predisposizione siteRealizzazione tools assembling

Chamber AssemblingInstallation in CFRPLocal test ( Tomo, ..)

Chamber deliveryFinal Test at FNAL

Installation (Stage 1)Installation (Stage 2)

Stato del Progetto

Stato del Progetto Micro-Strip

• Stiamo procedendo secondo schedula, WBS– Sensori

• Completati I test sui danni da radiazione (prossime slide)

• Stiamo ora preparando I documenti per la gara

– Read out chip, FSSR• Completati I test su primo prototipo (slide Valerio)

• Stiamo ora lavorando per la seconda sottomissione

– Mechanics & Cooling• Avviato il progetto del prototipo di supporto con Plyform

• Stiamo ora definendo alcuni dettagli del condotto di raffreddamento (slide Marco)

Stato del Progetto Micro-Strip (cont)

– Prototipo Ladder• Avviata la costruzione con sensori CMS e primo prototipo FSSR

(prossime slide)

• Gia’ ricevuti prototipi ibrido, pitch adapter, flex e pig-tail

• Stiamo ora assemblando gli ibridi e preparando il DAQ

– Software & Simulazioni• Si sta ora adattando il DAQ, sviluppato da Milano per il test beam

dei pixel, alla lettura delle strip

• Simulato il sistema di micro-strip nel nuovo framework da noi proposto basato su GEANT4

Sensor R&D

• Misure eseguite sui sensori Hamamatsu fornitoci da CMS• I risultati delle prime misure della scorsa primavera avevano

gia’ dimostrato che– Anche per 5 Mrad di dose assorbita, pari a 10 anni di utilizzo in BTeV,

I sensori sono in grado di funzionare a piena efficienza ad un voltaggio di bias, 350 V, comunque ben lontano dal breakdown.

• Le misure ed analisi appena ultimate sono invece state dedicate ad uno studio piu’ approfondito del comportamento dei sensori alle varie dosi, per capire se tutto e’ ben capito e sotto controllo– I risultati sono estremamente interessanti e lusinghieri– Permettono tra l’altro di risalire alla dose assorbita dai sensori

semplicemente misurandone la curva Qcoll vs Vbias

Sampled Sensor Region : strip 208 (central zone) 10 mm from chip side (not irradiated zone)

Sampled Sensor Region : strip 208 (central zone) 80 mm from chip side (irradiated zone)

Sampled Sensor Region : strip 208 (central zone) 110 mm from chip side (most irradiated zone)

Gaussian fit of the beam profile from data at 100 mm from chip side

Gaussian fit of the beam profile from data at 110 mm from chip side

Parameters extracted from the 2D gaussian fit : Coef. : 0.8 ± 0.25 Mean along strip : 141.7 ± 19.00 Mean transv. strip : 44.2 ± 1.70 Sigma along strip : 35.1 ± 8.20 Sigma transv. strip: 24.3 ± 2.20 Correlation coef. : 0.51 ± 0.12 Chi2 : 49 # points : 27

Da confrontarsi con•0.8 1014 1MeV e- /cm2

x, y ~ 20 mmstimati da ICF

FSSR: Readout Chip Prototype

Prototype chip test results• The behavior of the analog section is in very good

agreement with simulations, and noise performances are inside the specs. ENC values for channels with different input device differ by 10-15 %.

0

500

1000

1500

2000

0 10 20 30 40

NMOS, W/L = 1500/0.45EN

C

[e r

ms]

CD [pF]

tP = 85 ns

ENC = 220 e + 26.5 e/pF

75mm

40mm

FSSR

DecouplingcapacitorsTermination resistors

Pigtail solder pads

Hybrid

Flex and Pig-Tail

Hybrid

ConnectorPigtail

3.5cm

HV

HV GNDAGNDDGND

DVDD AVDD

...

...Differential pairs and sense wires

NOT TO SCALE

1cm 2.5cm 2.5cm 0.5cm

Stato del Progetto Straw & FBG

• M1– Realizzato con Sistema Compositi un prototipo della struttura in fibra

di Carbonio– In fase di sviluppo sistema automatico di assemblaggio straw sia per

M1 che per M0

• M0– Due prototipi della struttura di supporto in composito in fase di

realizzazione• Uno con Sistema Compositi, l’altro con PLYFORM

– In fase di realizzazione il secondo prototipo di sandwich di straw che verra’ provato su fascio a Frascati e piu’ tardi a FNAL

– Individuate e messe a punto le tecniche di ispezione tomografica per esaminare la precisione dell’assemblaggio nel sandwich

Stato del Progetto Straw & FBG

• FBG– Terminata fase test e ingegnerizzazione per sensori di monitor delle

deformazioni

– In via avanzata sviluppo -like di posizione, termine fase sviluppo previsto 2005.

• Verra’ impiegata per il monitor on-line della precisione di riposizionamento dei pixel all’inizio di ogni store

– Avviati I test di resistenza alla radiazione del sistema a sensori FBG

X view station: straws and microstrips integration

Animate

A special straw module MOX holds microstrips. In MOX,straws are not mechanically tensioned but gluedinside a rohacell lattice. X-ray tomography verifiesthe straws circularity.

PROTO 0

Altre viste del prototipo 1

PROTO2 in construzione (spruzzo) per tomografia

PROTOTIPO 1 pronto per la filatura

Straw-tubes: 3D reconstruction (Micro-CT

Bologna)

Sample A

Fixed frame

Sliding frame

Omega-like gauge:•one end clamped at fixed frame•one end clamped at sliding frame

Position of sliding frame is worked out by deformation monitoring of Omega-like gauge by us of FBG sensors.

Use for BTeV Pixel detector:•sliding frame: Pixel Cylinder Support•fixed frame: vacuum chamber structure

FBG sensors

Omega-like displacement gauge: principle of operation

Expected displacement resolution according to FEA results

Top level commercial FBG Interrogation System•Wavelength range: 1530-1560 nm•Resolution: 0.25 pm.

Standard commercial FBG sensor sensitivity: 1.2 pm/Strain.

Omega-like displacement/Strain response: 4.5 m/Strain(geometry as current model, but 2mm thickness)

Displacement monitoring by Omega-like gauge instrumented by FBG sensors:

• Resolution: 0.8 m • Range: 11 cm

(mechanical features of Omega-like material

can impose practical lower limit)

Experimental test at Fnal July 2004

Stato Software & Simulazioni

• Sviluppato il DAQ per FPIX2 e FSSR (sia il firmware che il software)– impiegato con successo nel test-beam e come bench-test per

caratterizzare rivelatori.– Il software é stato scritto con sufficiente generalitá per accomodare

nello stesso stream di read-out differenti tipi di rivelatori: • in questo momento viene utilizzato anche dal gruppo di Syracuse (RICH)

– La manutenzione e tutti gli upgrades del codice sono di responsabilitá del gruppo di Milano

• Iniziato lavoro per upgrade del DAQ al nuovo standard di scheda PCI– le due schede necessarie finora alla lettura di un detector verranno

sostituite da una sola con migliori prestazioni – necessario significativo upgrade del software

Stato Software & Simulazioni

• Proposto e sviluppato un nuovo framework di simulazione basato su Geant4 – la simulazione utilizzata sinora era basata su Geant3

• Il framework (TheBeast) é in fase di approvazione dalla collaborazione come strumento ufficiale di simulazione.– Per la descrizione della geometria del rivelatore é stato adottato un

approccio modulare (librerie dinamiche caricate a richiesta) ed é stato sviluppato un Geometry Manager basato su GDML (un parser di file XML specializzato alla descrizione di entitá geometriche).

• Gia’ utilizzato per simulare il sistema a microstrip– argomento di una tesi di laurea a Milano

• Continuano simulazioni fisiche per lo studio dettagliato degli effetti indotti dal background

Attivita’ 2005: Micro-Strip

• Sostanzialmente rivolta alla realizzazione dei prototipi pressocche’ finali dei rivelatori a microstrip, che verranno provati a partire dalla fine anno per poi passare alla fase di pre-produzione.

• Il goal principale e’ quello di costruire un prototipo di ladder con relativo supporto meccanico e sistema di raffreddamento in versione pressoche’finale. – Piu’ in dettaglio questo implica lo sviluppo dei circuiti ibridi

pressoche’ finali in BeO, di nuovi cavi flex, dei supporti meccanici e del test-stand per i test.

• Il test-stand per il prototipo di ladder diventera’ il sistema di test per tutto il processo di produzione. In questo verra’ integrato il sistema di raffreddamento sviluppato dai nostri colleghi di Pavia.

Attivita’ 2005: Micro-Strip

• L’attivita’ e’ portata avanti dai gruppi di MI e di PV/BG in collaborazione con la CU ed il FNAL– Ho cercato di sfruttare appieno la notevole esperienza

accumulata da alcune divisioni tecniche di FNAL nello sviluppo di analoghi sistemi di micro-strip

• CDF, D0, CMS, ….

• Il programma prevede– Una fase iniziale, in cui vengono acquisiti, preparati e

provati I singoli componenti nelle varie sedi– E una fase finale a FNAL, in cui vengono assemblati I

prototipi di ladder con il relativo test-stand.

Micro-Strip: Fase Iniziale 2005

• La fase iniziale prevede:– Acquisto e test dei sensori (MI)

• Espletamento gara per sensori, articolata in tre fasi, Prototipi (233K$), Pre-Produzione (350K$) e Produzione (791K$)

• Test prototipi – Costruzione dei prototipi di supporto meccanico (MI&CU)

• Costruiti a Milano in coll con PLYFORM– Test nuovo chip di read out (PV&FNAL)

• Sottomesso a fine anno, disponibile da Marzo– Sviluppo del sistema di raffreddamento (PV&CU)

• Costruzione di un Mock-up a Bergamo• Approvvigionamento delle parti per il test-stand del prototipo a

FNAL

Micro-Strip: Fase Iniziale 2005

• E, continuando:– Sviluppo ibridi e flex (MI&FNAL)

• Sviluppati ed assemblati al CD-FNAL

• Ibridi in BeO e flex molto simili a quelli sviluppati per CDF Run IIb

– Banchi di test per ibridi e read out chip (MI&FNAL)• Sviluppati e costruiti al CD-FNAL

Micro-Strip: Fase Finale 2005

• La fase finale prevede:– Assemblaggio ladder (MI, PV, CU&FNAL)

• Assemblaggio dei sensori, degli ibridi e dei flex su struttura in fibra di Carbonio

– Assemblaggio meccanica di supporto (MI&CU)• Assemblaggio e misura precisioni dei supporti di piano

– Assemblaggio sistema di cooling (PV&CU)• Costruzione del prototipo di sistema di raffreddamento con chiller

e sistema di circolazione del refrigerante– Costruzione test-stand (MI, PV&CU)

• Banco di test completo per la caratterizzazione dei prototipi di ladder

• Impiega il DAQ sviluppato da MI su bus PCI

Attivita’ 2005: Straw & FBG

• Rivolta alla finalizzazione della fase prototipale per poi passare alla produzione nel 2006– Nella seconda meta’ dell’anno, in caso di approvazione definitiva, il

programma prevede anche l’acquisto di una parte dei componenti necessari alla produzione e gia’ definitivi, come gli straw e gli FBG.

• Attivita’ portata avanti dal gruppo LNF • Per il 2005 si prevede

– FBG (LNF)• Completamento dei test di resistenza alla radiazione del sistema di sensori

FBG e test di degasamento in vuoto• Completamento R&D per le strutture di misura -like e caratterizzazione

con banco di misura delle loro prestazioni • Acquisto di 1/3 dei sensori FBG ed avvio del lavoro necessario per la loro

preparazione

Attivita’ 2005: Straw & FBG

• Sempre per 2005, il programma prevede– Straw (LNF)

• Costruzione del prototipo finale in fibra di Carbonio per M1

• Costruzione del prototipo finale della struttura in composito di fibra di Carbonio per M0

• Costruzione prototipo finale dello straw-sandwich per M0, ispezione tomografica e test finale su fascio a FNAL

• Sviluppo e costruzione dei servizi per gli straw di M0

• Sviluppo sistema automatico di assemblaggio degli straw in M1&M0

• Approvvigionamento degli straw (standard BTeV) e costruzione della macchina per filatura

Attivita’ 2005: Software & Simulazioni

• A fianco delle precedenti attivita’ e ad integrazione,– intendiamo portare avanti l’attivita’ di simulazione che gia’

abbiamo avviato negli scorsi anni occupandoci sia della simulazione fisica di alcuni canali di particolare rilievo per BTeV che, piu’ in generale, dello sviluppo del software e delle infrastrutture di simulazione.

• Per dettagli vedi allegato modulo EC2 Milano

– E sviluppare lo upgrade del nostro DAQ per renderlo compatibile con i nuovi moduli PCI in sviluppo a FNAL

Richieste Aggiuntive 2004

• Missioni Estero– A Milano ci hanno fermati gia’ da luglio!

• Nell’ipotesi che venga sbloccato il 15%, ci servono almeno altri 4 mu, 2 a MI e 2 a LNF, per arrivare alla fine anno

• Missioni Interno– Frascati ha esaurito I fondi

• Chiede un’integrazione di 5 KEuro