Attività a Perugia e stato dell’esperimento

Attività a Perugia e stato dell’esperimento N.Nappi, Catania, 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 Nello Nappi, Comm. I

Breve promemoria • Misura di (B.R. ˜ 3 1011) 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 ) Nello Nappi, Comm. I

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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 Nello Nappi, Comm. I

Efficiencies ( % ) PR OR (12MeV ) Vetos:CUV NUV NBV CBV CPR CEBP CDV PR penetration (2 mod>12MeV) Nx - Ny proj La “bottom line” • Occorre migliorare l’efficienza e ridurre il rate Nello Nappi, Comm. I

24KHz 90KHz 3KHz 23KHz Aspetti critici del livello 0 • 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 • 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 Nello Nappi, Comm. I

Proiezioni x - y (integrate in z) • SEGNALE FONDO • Anche (Nx=1, Ny=1) escluse nelle condizioni finali Nello Nappi, Comm. I

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 Nello Nappi, Comm. I

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 Nello Nappi, Comm. I

Schema primo prototipo (R.Cenci) Ritorna a misure Nello Nappi, Comm. I

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? Nello Nappi, Comm. I

Scheda di test Nello Nappi, Comm. I

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 Nello Nappi, Comm. I

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 Nello Nappi, Comm. I

Diagramma a blocchi tentativo • Disegno per logiche x ed y separate (da decidere) • Tutto sincrono, ad eccezione della zona Nello Nappi, Comm. I

Molteplicità di celle x-y del prerad.(1) Taglia corto Nello Nappi, Comm. I

Molteplicità di celle x-y del prerad.(4) Nello Nappi, Comm. I

Regione intorno alla beam pipe Nello Nappi, Comm. I

Inner liner (Giusy ) Nello Nappi, Comm. I

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, q ) • Con incidenza ad angolo e senza I.L. nel prerad stessi risultati che con incidenza normale ed I.L. Nello Nappi, Comm. I

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 Nello Nappi, Comm. I

CAL Inner liner Inner liner 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 Nello Nappi, Comm. I

Esempi di risultati nuova simulazione(1) Nello Nappi, Comm. I

Esempi di risultati nuova simulazione(2) Nello Nappi, Comm. I

Esempi di risultati nuova simulazione(3) (/E)EGeV fraz. eventi nelle code Nello Nappi, Comm. I

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 ? Nello Nappi, Comm. I

Risultati di Woody et al. Nello Nappi, Comm. I

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 Nello Nappi, Comm. I

Possibile layout per sistema con ffc Nello Nappi, Comm. I

Possibile layout sistema con fibre Nello Nappi, Comm. I

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 Nello Nappi, Comm. I

Microbunch Nello Nappi, Comm. I

Cavità 25 MHz Nello Nappi, Comm. I

Vacuum vessel Nello Nappi, Comm. I

Yale: readout con APD (simulazioni) Nello Nappi, Comm. I

Mosca: sviluppo veto per fotoni Nello Nappi, Comm. I

Triumph prerad Nello Nappi, Comm. I

Triumf_ele Nello Nappi, Comm. I

Kyoto: prototipo 1 modulo catcher Nello Nappi, Comm. I

Kyoto: proto 2 Nello Nappi, Comm. I

Zurich Nello Nappi, Comm. I

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 Nello Nappi, Comm. I

CFI Nello Nappi, Comm. I

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 Nello Nappi, Comm. I

Attività a Perugia e stato dell’esperimento