Linear Collider:R

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Linear ColliderRD per rivelatori e prospettive

• Sommario

• Brevi richiami di fisica
• Condizioni dalla macchina
• Concetti generali del rivelatore
• Proposte di rivelatori
• Situazione generale RD
• RD verticetracking
• RD calorimetri/?
• LC Percorso presente-futuro

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Brevi richiami di fisica
3
Condizioni dalla macchina
TESLA DAQ
differenza fondamentale per il rivelatore
emitt., fun. di bet, fascio-fascio
con
?
?y???x
coda di bassa energia
4
Concetti generali del Rivelatore
Eu
Am
As
5
TESLA TDR
SD
6
Tracking Rivelatore di vertice

• configurazioni per tutte le tecnologie ( e
  tutte le regioni)
• Pixels (3D)? 1 Gpixel
• strato interno vicino P.I..
• 5 strati per tracciamento indipendente
• Spessore strati ? 0.1 X0
• Precisione punto lt 5 ?m/strato
• Buon rapporto segnale/rumore
• Sufficiente una resistenza alle radiazioni
  modesta

TESLA
7
o Monolitic Active Pixel Sensors
silicio senza supporto

• pixels
• segnali con lettura alternata divisione
  capacitiva della carica

8
TPC
amplificazioneproblemi con MWC (ExB,
ioni,spessore end plate) soluzioni GEM,
Micromegas
GEM
tracce 3 d,? no P.R.
9
Calorimetria
visione generale

??E/E 60x?0 25x?10/?E 10x?80/?E
??confusione
10
SiW
SiW per SD
altre soluzioni
11
TESLA
JLC
12
Calorimetria Regione in avanti
L3m
L5m
SiW
SiW o Diamanti/W o Cristalli
scopo ?L/L?10-4
13
Magnete e rivelatori di muoni
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Situazione generale RD
Europa

• Germania MAPS DEPFET TPC CALICE DESY
  PRC CALO (LCCAL, CALICE, Forward) Vertex
  (CCD, MAPS, DEPFET) Tracking (TPC,
  SI-Envelope) TOT 200 K DESY
• Francia MAPS CALICE TOT 500(?) K
• UK LCFI-CCD (1 M) CALICE (490 K 03/04
  280 04/05) richiesta 18 M per Beam Delivery
  System
• Altri (Russia R.Ceka) 30 K INTAS
• Italia? Mimosa(20 K) LCcal (0 K) CAPIRE
  (56 K 03 111 K 04)

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Situazione generale RD
USA FY2003

• LinearColliderRD working group (DOE ) 1 vtx
  6 tracking 6 calorimetri 2
  ? Tot 412 K
• UniversityConsortium for LinearCollider RD
  (NSF) 2 vtx 5 tracking 5 calorimetri 1
  ? Tot 150 K (con RD acceleratore)

USA FY2004

• LCRD 500K (?)
• UCLC gtgt2003 (? richiesto 1 M)

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RD vertice
tecnologie
tecnologie Punti critici Stato dellarte Altri vantaggi
CCD (monolitico, substrato a bassa resistivita) aumentare la velocita di lettura di un fattore 1000 parallel column readout aumento del clock a 0.5, 5 ed infine 50 MHz radiation hardness, garantita a 109 n/cm2 primo prototipo di parallel column readout a 0.5 MHz in fase di test studi di assottigliamento il rivelatore per il LC e solo un fattore 3 superiore a quello di SLD in numero di pixel (esiste un know-how nella system integration)
CMOS (monolitico, substrato a bassa resistivita) valutazione di diverse architetture parallel column readout on-pixel signal processing sparsification continuo adattamento alle nuove tecnologie (diminuzione dello spessore dello strato epitassiale) valutazione di architetture che NON richiedano substrato epitassiale (PhotoFet) primo prototipo di un sensore in scala 11 esistente resistenza alle radiazioni garantita a 1011 n/cm2 prototipi di PhotoFET in fase di test) assottigliamento a 50 ?m in corso) eredita gli sviluppi dei CMOS per imaging nel visibile tecnologia prescelta per lupgrade del VTX di STAR (2006)
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tecnologie
tecnologie Punti critici Stato dellarte Altri vantaggi
DEPFET (monolitico, substrato ad alta resistivita) implementazione di un parallel column readout a 50 MHz studi di resistenza alle radiazioni rendimento di processo su matrici in scala 11 prototipi di 64 x 64 pixel funzionanti matrice di 128x64 pixel con parallel column readout in fase di produzione assottigliamento a 50 ?m in corso) Substrato ad alta resistivita
SOI (monolitico, substrato ad alta resistivita) attualmente nella prima fase di sviluppo funzionalita ancora da dimostrare sviluppo attuale in una tecnologia primitiva (3 ?m) che non consente passi inferiori a 200 ?m tecnologia messa a punto Prototipi su substrato a bassa resistivita funzionanti architettura di front-end validata batch su substrato ad alta resistivita in fase di produzione eredita gli sviluppi dei CMOS per imaging SOI per dispositivi veoci unisce I vantaggi dei CMOS e dei rivelatori a svuotamento totale
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tecnologie
tecnologie Punti critici Stato dellarte Altri vantaggi
HAPS (ibrido, substrato ad alta resistivita accoppiamento capacitivo tra pixel adiacenti) assottigliamento a 0.1 X0 risoluzione a 3 ?m al momento, nessuno sviluppo per un front-end chip dedicato prototipi con passo di lettura 200 ?m e passo di impiantazione 50 ?m testati prototipi con passo di lettura variabile ed impiantazione di 25 x 50 ?m2 realizzati e testati elettricamente eredita il know-how di LHC/BTev
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Attivita di RD in corso
tecnologie Collaborazione Piano temporale Finanziamento
CCD LCFI (U.K. only) 2001-2005 1 MEUR/anno
CMOS PRC RD ¼ Francia (LEPSI IRES CEA), UK (RAL), Switzerland (Geneve), Olanda (NIKHEF) SUCIMA Italia (Insubria), Francia (LEPSI), Germania (Karlsruhe), Svizzera (Geneve), Polonia (Cracovia, Varsavia) Mimosa gr 5 Roma III 2001-2004 2001-2004 ??? 400 kEUR/anno 400 kEUR/anno 20 kEUR
DEPFET Germania (Bonn, Monaco, Manheim) ??????? ??????
SOI SUCIMA 2001-2004 500 kEUR/anno
HAPS Italia (Como) Polonia (Cracovia Varsavia) Nessun progetto attualmente in corso -
20
Il prototipo attualmente piu avanzato MIMOSA-V,
realizzato da LEPSI (Strasbourg)

• 0.6 ?m AMS process
• risoluzione 1.7 ?m
• dispersione dei guadagni 2
• efficienza 99.3

21
JLC Detector RD

• 3.1) Vertex Detector
• a) done or finishing soon
• excellent spatial resolution (plot)
• room-temperature operation (good S/N by
  Multi-Pinned Phase operation)
• radiation hardness measurement 90Sr, 252Cf,
  electron-beam irradiationin analysis
• b) in progress or to do
• CTI improvement two-phase clocking, thermal
  charge injection, notch structure (plot)
• fast readout test-board fabrication in progress
  
• thinned CCD (20micrometer) flatness, stability,
  reproducibility
• precise estimation of background by a full
  simulation with detailed beamline components

22
Gaseous Tracking
RD Tracking
23
RD calorimetri
Questione fondamentale se la granularità è
necessaria, qual è il modo migliore per
realizzarla?
CALICE

• collaborazione che unisce
• calorimetro elettromagnetico SiW Francia, UK
  nessun test(ancora), molto lavoro di
  ingegnerizzazione
• calorimetro adronico tiles (!?) DESY,
  Russia molto lavoro per lottimizzazione della
  luce, realizzato prototipo
• calorimetro adronico digitale molte idee per
  parte attiva del rivelatore (anche in US) GEM,
  RPC, camere..

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Prototype overview
Global view of the test beam setup
VME/
ECAL general view
HCAL
2nd structure (21.4mm of W plates)
3rd structure (31.4mm of W plates)
180 mm
BEAM
VFE
ECAL
Beam monitoring
Movable table
370 mm
1st structure (1.4mm of W plates)
370 mm
Silicon wafer
Detector slab
25
The actual achieved LY for the TFS
Scintillator BC-408,
, Kuraray, WLS-fibre
3M-Super Radiant Reflector
Light yield/tile

• 22/-1.5 pe (BC-408, Aug. 2002)
• gtgt 26 (new results from ITEP)
• both Russian scintillators
• have 2/3 of BC-408 LY
• 20 more LY can be expected
• by improving polishing
• of WLF-fibre end,
• no gluing needed anymore

All together
100 reflectivity at fibre end
26
Altra Soluzione Ecal LCCAL
(Como, LNF, Padova, Trieste)

• 45 strati
• 25x25x0.3 cm3 Pb
• 25x25x0.3 cm3 Scintill. 25, Celle 5x5 cm2
• 3 piani
• a 2, 6, 12 X0
• 252 0.9x0.9 cm2 Pad di Si

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LCCAL
PMs
Fibre con la struttura di supporto PM
Fibre nel collettore di fronte ai PMs
Scintill.
Piani Si
LCCAL in test _at_ BTF (Frascati)
28
Lccal risoluzione in Energia e linearità
BTF test
?E?E
11.5??E
Ebeam (MeV)

• Stat. fotoel. Trascurabile
• Term. stoc. 11.5 come in MC
• Uniformità raccolta luce a livello lt 10.
  Effetti sulla resoluzione da valuatare al SPS
  Agosto 2003?

Cern TB 2002
Nphegt5.1 /layer ?Cal(45 layers) 250 MeV/Mip
800Npe/GeV Non uniformità della luce ltlt 20 OK
also _at_ BTF (E 500 MeV)
29
Lccal risoluzione in Energia e linearità
Cern TB 2003
?E?E
pm satura
confermata ad alta energia !!!
Ecal (GeV)
e-
11.1??E
Ebeam (GeV)
Ebeam (GeV)
?/?
calorimeter
Si PADS
Ecal (GeV)
cont. ADC
30
Lccal Si pads
profilo sui piani di PAD
5 GeV e-
Risultati preliminari più che soddisfacenti PRC
a DESY 30-10-03
31
CAPIRE
dati cosmici e BTF
32
CAPIRE
?
?
HV
HV
?
?
?
?
HV
HV
Rate
Rate
33
CAPIRE
34
Calorimeter Detector RD in N. America
ALCPG Calorimeter Working Group R. Frey/A.
Turcot/D. Chakraborty
35
JLC Detector RD

• 3.4) Calorimeter
• a) done or finishing soon
• hardware compensation, energy response linearity,
  energy resolution (stochastic term) (plot)
• machine-ability of tiny tiles, assemble-ability
• performance of WLS-readout SHmax
• b) in progress or to do
• granularity optimization with a full simulation
• photon yield and non-uniformity improvement for
  RectTile EMcal
• performance study of strip-array EMcal
  beamtest, simulation, ghost-rejection (plot)
• direct-APD-readout SHmax
• photon detectors (multi-channel HPD/HAPD, EBCCD
  etc.)

36
La lunga via per un LC
lastricata di comitati
37
La lunga via per un LC
.passato

• ILCSCdocumento di consenso internazionale
  (9/4/2003)

38
(No Transcript)
39
La lunga via per un LC
.passato

• ILCSCdocumento di consenso internazionale
  (9/4/2003)
• ILC TRC report 03 http//www.slac.stanford.edu/x
  org/ilc-trc/2002/2002/report/03rep.htm in
  particolare

40
The Rankings for RD

• Ranking 1
• Ranking 2
• Ranking 3
• Ranking 4

RD needed for feasibility demonstration of the
machine
what you must do before you can honestly say the
machine will work (proof of principle)
41
Rankings Score Sheet
Building and testing of a cryomodule at 35 MV/m
and measurements of dark current

• Test of complete accelerator structure at design
  gradient with detuning and damping, including
  study of breakdown and dark current
• Demonstration of SLED-II pulse compressor at
  full power

TESLA TESLA JLC-C JLC-X/NLC JLC-X/NLC CLIC CLIC Common
Ecm 500 800 500 500 1000 500 3000
R1 0 1 2 2 0 5 2 0
R2 7 4 2 3 0 6 2 8
R3 10 3 3 11 0 5 0 19
R4 1 0 1 2 2 0 0 8
42
La lunga via per un LC
.passato

• ILCSCdocumento di consenso internazionale
  (9/4/2003)
• ILC TRC report 03 http//www.slac.stanford.edu/x
  org/ilc-trc/2002/2002/report/03rep.htm in
  particolare
• International group of funding agencies

43
Internationalgroup of funding agencies
"the Halliday panel" 30 Luglio 2003 meeting
a Londra to discuss the status and funding
prospects for a linear collider of 0.5 1TeV

three distinct phases of a proposed LC project,
with decision points between . a) an RD
phase.by the end of which the main technology
choices would be made, b) an engineering design
phase, the output of which would be the optimised
technologies and a fully costed construction
proposal , and c) a construction phase.
the initial RD design phase could be funded
through existing funding routes and structures in
the participating states with a light
coordination. However..
concurrent running of a LC with the LHC a LC in
2015 could provide 5 years of concurrent running
importance of maintaining a viable community of
physicists and engineers who would ensure the
vitality of the field in future.
the technology choice report to be made by the
International Committee for Future Accelerators
(ICFA) group should be completed in a timely
manner, on its proposed timescale by the end of
2004
the choice of site should be made as early as
possible in the engineering design phase.
Canada (NSERC), CERN (President of Council and
DG), France (CNRS), Germany (BMBF), Italy
(INFN), UK (PPARC), and the US (DOE, NSF, OSTP).
44
La lunga via per un LC
.passato

• ILCSCdocumento di consenso internazionale
  (9/4/2003)
• ILC TRC report 03 http//www.slac.stanford.edu/x
  org/ilc-trc/2002/2002/report/03rep.htm in
  particolare
• International group of funding agencies
• ILCSC riunione di Agosto 2003 ?

futuro
45
(No Transcript)
46
La lunga via per un LC
.passato

• ILCSCdocumento di consenso internazionale
  (9/4/2003)
• ILC TRC report 03 http//www.slac.stanford.edu/x
  org/ilc-trc/2002/2002/report/03rep.htm in
  particolare
• International group of funding agencies
• ILCSC riunione di Agosto 2003 ?

futuro

• Panel di 12 saggi per prendere la decisione
  sulla tecnologia da nominare entro il
  2003 che deve decidere entro il 2004

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Studi per il Linear Collider Partecipazione
Italiana

• Working group internazionale INFN 1 contact p.
  
• Nuovo ciclo di studio ECFA INFN 1 org. comm.
• Incontri previsti 2003/2005
• Gruppi di Fisica e
• Sudio del Rivelatore INFN 4
  coordinatori
• sperimentali da Bologna, Como, Milano, LNF,
  Padova, Torino, Trieste
• Ricerca e sviluppo di rivelatori

48
Conclusioni

• Fisica di alta precisione richiede
• Rivelatore di alta precisione
• La quantità di risorse per RD Rivelatore ( ma
  non solo ) in aumento
• Non così in Italia
• Programmi di sviluppo interessanti
• Consenso internazionale su macchina a 500 GeV (x
  2)
• ma.

la strada per ottenere la macchina è tuttaltro
che facile e ben definita
49
Appendice
50
p (GeV)
51
Prestazioni identificazione sapori
massa del vertice
uso di reti neurali
5 strati
4 strati,spessore doppio
c b bckg
52
(No Transcript)
53
(No Transcript)
54
Results from Russian groups
55
Test beam preliminary results

• Two electrons with energy 750 MeV

X silicon chambers
Y silicon chambers
Cluster recognition
First layer
Second layer
Third layer
Plots filled only with pads with SNRgt10s
56
Government Decision on LC
57
RD in Italia
Mimosa(20 K) LCCAL (0 K) CAPIRE (111 K)
58
(No Transcript)