130 GeV/c 2 < M H < 2 M Z H ZZ* l - l + l - l + con l = e, 2 M Z < M H < 600 GeV/c 2 H ZZ l - l + l - l + con l = e, Golden Decay mode

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  • 130 GeV/c 2 < M H < 2 M Z H ZZ* l - l + l - l + con l = e, 2 M Z < M H < 600 GeV/c 2 H ZZ l - l + l - l + con l = e, Golden Decay mode
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  • Come dobbiamo tracciare i leptoni? Innanzi tutto essere capaci di tracciare con efficienza nell inner detector. La risoluzione in impluso influenza la risoluzione in massa Vogliamo ricostruire la Z con una larghezza di un paio di GeV Necessit di distinguere la carica dei muoni fino ad 1 TeV -> (p)/p < 10 % ad 1 TeV Constraint sul design dei detector
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  • 27 km around Large Hadron Collider
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  • Interazioni pp e pile up Interactions/s: Lum = 10 34 cm 2 s 1 = 10 7 mb 1 Hz inel (pp) = 70 mb Interaction Rate, R = 7 10 8 Hz Events / beam crossing: t = 25 ns = 2.5 10 8 s Interactions/crossing = 17.5 Not all proton bunches are full: Approximately 4 out of 5 are full Interactions/active crossings = 17.5 3564/2835 = 23 Normalmente ad ogni bunch crossing: 1)Uninterazione con candidato Higgs + 2)~20 extra (minimum bias) interazioni
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  • Interazioni pp e pile up e e All tracks with p T > 1 GeV H ZZ* 2e2
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  • Misura di impulso Intrinsecamente la risoluzione in impluso proporzionale allimpulso stesso ed inversamente proporzionale a BL 2 Gli allineamenti e le calibrazioni sono delle sistematiche su (x) e quindi il contributo alla risoluzione proporzionale a p
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  • Scattering multiplo
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  • ATLAS vs CMS Spettrometro in Aria + campo toroidale per avere risoluzione costante in eta Differenti tecnologie per linner Detector (pochi punti molto precisi e molti punti, 50, a precisione peggiore) Spettrometro in Ferro con campo solenoidale (pi compatto) Inner detector tutto in silicio (pochi punti altamente precisi) tracker calorimeter MS Toroid, B~0.5T solenoid, B~2T
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  • ATLAS Inner Detector ID inside 2T solenoid field Tracking based on many points Precision Tracking: Pixel detector (2-3 points) 5-25 cm Semiconductor Tracker SCT (4 points) 25 50 cm Continuous Tracking: ( for pattern recognition & e id) Transition Radiation Tracker TRT (36 points ) 55-105cm ATLAS 46m Long, 22m Diameter, 7000 Ton Detector 2.3 m x 5.3 m Solenoid ~ 2 Tesla Field ~ 4 Tesla Toroid Field ATLAS
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  • CMS 22m Long, 15m Diameter, 14000 Ton Detector 13m x 6m Solenoid: 4 Tesla Field Tracking up to ~ 2.4 ECAL & HCAL Inside solenoid Muon system in return yoke First muon chamber just after solenoid Extended lever arm for p t measurement CMS Tracker Inside 4T solenoid field Tracking rely on few measurement layers, each able to provide robust (clean) and precise coordinate determination Precision Tracking: Pixel detector (2-3 points) Silicon Strip Tracker (220 m 2 ) SST (10 14 points) 5.4 m Outer Barrel (TOB) Inner Barrel (TIB) End cap (TEC) Pixel 2,4 m Inner Disks (TID) volume 24.4 m 3 running temperature 10 0 C dry atmosphere for YEARS! CMS has chosen an all-silicon configuration
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  • Magnet System Layouts ATLAS 3 air-core (to minimize multiple scattering) superconducting toroids: 1 barrel (BT) + 2 End Caps toroids (ECT) track curvature in r-z plane. Radial Overlap of the BT and ECT fields (1< < 1.4) ensures the widest acceptance for single muons BT: |
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  • More than a single time-to-distance relation per wire relation per wire Need to measure accurately the coordinate in the non bending plane the non bending plane Field integral inhomogeneous in the tracking volume Need to take into account the differences in Need to take into account the differences in Lorentz angle for the calibration of the Lorentz angle for the calibration of the tracking chambers y(cm) x(cm) Field map in the ECT median plane: field line are separated of 0.1 Tm Field integral vs for radial tracks Magnetic field configuration
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  • CMS Central superconducting solenoid with saturated iron yoke ~ 14m long 3m radius B = 4T B ~ 1.8 T in the return yoke (1.5m of iron instrumented with the muon chambers), Bdl decreases with | inside the solenoid: Bdl= 12Tm (| < 1.45) down to Bdl ~ 4Tm (| ) B/B~0.1-0.5% And in the yoke, where the spectrometer is located: Bdl ~3Tm outside solenoid down to Bdl ~ 0.6Tm (| ) B/B~1% is enough Field integral Favorable ratio length/radius and high field efficient detection up to | Large bending power benefits in resolution for tracking and triggering sharp threshold to keep Level 1 rates lower Measurements inside and outside solenoid Large amount of material in the spectrometer safe muon trigger and identification
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  • Contributi alla risoluzione dello spettrometro a muoni di ATLAS (p) = a + b p + c p 2 (p)/p = a/p + b + c p a termine dovuto alle fluttuazioni in energy loss (Code di Landau nel calorimetro) b termine di scattering multiplo (minore contributo a basso pt per la ricostruzione vettoriale dei punti) c termine intrinseco di risoluzione (+ allineamento)
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  • 2x4 MDT layers 2x3 MDT layers 2x3 MDT layers 2 RPC gaps 2 RPC gaps ATLAS: Tracking La disposizione dei tubi in multilayer su tre stazioni consente 1. di minimizzare la risoluzione dellapparato rispetto alla configurazione in cui tutti I punti sono equispaziati 2.Di ridurre limpatto del multiplo scattering sulla risoluzione a basso impulso perch consente la misura molto precisa degli angoli di uscita della traccia da ogni layer di tubi (misura vettoriale)
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  • Risoluzione ATLAS Inner Detector Muon spectrom. standalone Inner tracker stand alone Nell Inner Detector ho soprattutto il contributo proporzionale a p. Lo Spettrometro domina per muoni di impulso superiore a 100 GeV
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  • Risoluzione CMS Domina il tracciatore interno Contributo dello Spettrometro solo per lidentificazione e il trigger. Fino a 200 GeV
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  • ATLAS & CMS Tracking Performances ATLAS ID CMS -System ATLAS -System ATLAS CMS Higgs New Physics
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  • CMS: I rivelatori per muoni Barrel 4 stations of Drift Tubes, interleaved with the iron of magnet yoke, each with 3 superlayers, 2 r- and 1 r-z (not in the 4-th station), of 4 layers of cells self-triggering and bunch-crossing Id. 6 double-gap RPC layers triggering and bunch-crossing Id. Endcaps 4 stations of CSC, each with 6 layers,interleaved with iron disk yoke self-triggering and bunch-crossing Id. 4 double-gap RPC layers triggering and bunch-crossing Id.
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  • CMS : DT Celle 42x13 mm 2, Ar(85%) CO 2 (15%) Campo E lineare (shaping con catodi e strip) 4 layer staggerati = 1 superlayer (SL) Auto-triggering con identificazione del BX, t ~ 4 ns Camera composta da 2 SL r- (coordinata bending) + 1SL r-Z Relazione x-t Spetto dei tempi di drift (time box) - Ottima linearit: v d ~costante - Per avere la massima risoluzione: x = f (t,, B wire, B norm ) parametrizzata con GARFIELD t (ns) x (cm) t (ns)
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  • 3 barrel layers r = 4.1 4.6 cm, 7.0 7.6 cm, 9.9 10.4 cm ~ 60 x 10 6 pixels 2 pairs of Forward/Backward disks Radial coverage 6 < r < 15 cm Average z position: 34.5 cm, 46.5 cm Later update to 3 pairs possible ( ~ 58.2 cm) Per Disk: ~3 x 10 6 pixels 3 high resolution space points for < 2.2 Pixel size: 100 m x 150 m driven by FE chip Hit resolution: r- ~ 10-20 m (Lorentz angle 23 in 4 T field) r-z ~ 17 m Modules are the basic building elements 800 in the barrel + 315 in the endcaps The CMS Pixel Detector Occupancy is ~ 10 -4 Pixel seeding fastest starting point for track reconstruction despite the extremely high track density
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  • The CMS Silicon Strip Tracker Outer Barrel (TOB): 6 layers Thick sensors (500 m) Long strips Endcap (TEC): 9 Disk pairs r < 60 cm thin sensors r > 60 cm thick sensors Inner Barrel (TIB): 4 layers Thin sensors (320 m) Short strips 6 layers TOB 4 layers TIB 3 disks TID Radius ~ 110cm, Length ~ 270cm ~1.7 ~1.7 ~2.4 ~2.4 9 disks TEC Inner Disks (TID): 3 Disk pairs Thin sensors Black: total number of hits Green: double-sided hits Red: ds hits - thin detectors Blue: ds hits - thick detectors
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  • ATLAS : MDT Stima della relazione r(t) e del t 0 senza laiuto di rivelatori esterni r(t) e` funzione di molti parametri esterni Composizione del gas Temperatura Pressione Campo magnetico E` richiesta la autocalibrazione dei tubi ad intervalli regolari Lerrore sulla relazione r(t) deve essere 20 m x bias accettabile sulla determinazione della traccia Spetto dei tempi di drift Calibrazione Dati testbeam H8 Posizione dei fili misurata con tomografie a raggi x Risoluzione vs r MDTs (Monitored Drift Chambers) Gli elementi di base sono tubi a drift con un diametro di 3 cm ed una lunghezza variabile da 70 cm a 630 cm I tubi sono disposti in multilayer di 3 (4 per le stazioni interne) Risoluzione di singolo filo 80 m Risoluzione per stazione 50 m, 0.3mrad Miscela di Ar(93%) CO2(7%) a P=3bar per prevenire linvecchiamento Relazione r-t
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  • Transition Radiation Detector Alla separazione di 2 mezzi con costante dielettrica diversa si ha lemissione di radiazione Potenza irraggiata Frequenza di plasma alla separazione del mezzo (corrisponde a 20 eV circa) Numero di fotoni per emissione Spettro di energia (raggi X) Angolo di emissione Si usa lo Xeno (Z=54) per aumentare la sezione durto di effetto fotoelettrico (Z 4 )
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