Firenze - 4 Luglio 2005Lesperimento LHCf LHCf: un esperimento per la fisica dei raggi cosmici ad LHC Oscar Adriani INFN Sezione di Firenze - Dipartimento

Firenze - 4 Luglio 2005 L’esperimento LHCf

LHCf:LHCf: un esperimento per la un esperimento per la fisica dei raggi cosmici ad LHCfisica dei raggi cosmici ad LHC

Oscar AdrianiINFN Sezione di Firenze - Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Firenze

LA FISICA DI LHCfLA FISICA DI LHCf

L’APPARATO SPERIMENTALEL’APPARATO SPERIMENTALE

IL POSSIBILE CONTRIBUTO DI FIRENZEIL POSSIBILE CONTRIBUTO DI FIRENZE

Studio delle sezioni d’urto di produzioneStudio delle sezioni d’urto di produzionedi pioni neutri nella regione “ di pioni neutri nella regione “ very forwardvery forward ” ”

ad un’energia equivalente di 10ad un’energia equivalente di 101717 eV nel laboratorio eV nel laboratorio


La Collaborazione LHCfLa Collaborazione LHCfO. Adriani(1), L. Bonechi(1), M. Bongi(1), A. Faus(2), M. Haguenauer(3), Y. Itow(4), K. Kasahara(5), K. Masuda(4), Y. Matsubara(4), H. Matsumoto(4), H. Menjo(4), Y. Muraki(4), T. Sako(4), T. Tamura(6), S. Torii(7), W.C. Turner(8), J. Velasco(2), K. Yoshida(6)

(1) Università di Firenze, Italia

(2) IFIC, Centro Mixto CSIC-UVEG, Valencia, Spain

(3) Ecole - Polytechnique, Paris, France

(4) STE laboratory, Nagoya University, Japan

(5) Shibaura Inst. of Techn., Saitama, Japan

(6) Kanagawa University, Yokohama, Japan

(7)Advanced Research Inst. for Science and Engineering, Waseda University Japan

(8) LBNL, Berkeley, California, USA

LHC at CERN

Switzerland

France

4.3 km

Deriva dalla collaborazione CERN UA7 che ha effettuato uno studio della produzione di e 0 a basso angolo (E = 1014 eV nel laboratorio)


• Il contributo predominante al flusso di energia è nella regione “ very forward ” ( = 0)

• Le misure a più alta energia (E=1014 eV) di sezione d’urto di produzione di pioni neutri in regione di alta rapidità ( , y = 5÷7) sono quelle di UA7

• LHCf consente di estendere le misure fino a EElablab=10=101717 eV eV (energia equivalente nel s.d.r. del laboratorio, Elab= E2

cm(LHC)/2 mP)

Sviluppo di sciami atmosfericiSviluppo di sciami atmosferici

2tanln y

Simulazione di uno sciame atmosferico iniziato da un protone di 1019 eV.


• Installazione di un Calorimetro Elettromagnetico per rivelare i π0 prodotti nell’interazione pp ad LHC, nella regione in cui si ha la separazione del tubo a vuoto, ad una distanza di circa 115m (140m) dal punto di interazione (IP)

• Possibilità di utilizzare le regioni di interazione IR1 (ATLASATLAS) e IR8 (LHCbLHCb)

Metodo sperimentale propostoMetodo sperimentale proposto

interno:95mm


Installazione di due rivelatori Installazione di due rivelatori indipendentiindipendenti

INTERACTION POINT

IP1 (ATLAS)or

IP8 (LHCb)

Beam line

Detector II

Tungsteno

Scintillatore

Piani di silicio

Detector I

Tungsteno

Scintillatore

Fibre scintillanti

~110m/140m

~110m/140m


Installazione di due rivelatori Installazione di due rivelatori indipendentiindipendenti

Detector I

Interamente a carico dei giapponesi

Le fibre scintillanti sono realizzate in strati che coprono esattamente la sezione delle tre torri del calorimetro.

Strati di tungsteno

(2 r.l.)

Layer di scintillatore (3mm)


Detector II

Giappone/Italia Le fibre scintillanti sono sostituite da rivelatori al silicio con geometria ‘tradizionale’


Perche’ i silici?

• Migliore precisione nella ricostruzone del punto di impatto dei fotoni

• Migliore selezione di eventi ‘puri’ (1 )• Migliore ricostruzione della massa del

0 (calibrazione in energia!)• Contenimento trasversale degli sciami


SIMULAZIONEDEL

CALORIMETRODue simulazioni indipendenti:a) programma “custom” (Giappone)b) Fluka (Firenze) Silici!!!Cross check dei risultati!


Profilo longitudinale degli sciami Profilo longitudinale degli sciami ((γγ/n)/n)

Fluka


Simulazioni: ricostruzione dell’energia dei Simulazioni: ricostruzione dell’energia dei e e risoluzionerisoluzione

2 mm dal bordo: perdita 15%di energia (correggibile!)

FlukaCustom


Fluka


Fluka

Dinamica 400 MIP

Chip PACE3 (CMS) 100 MIP

200 MIP


Fluka


LHCf LHCf - - scheduleschedule ESPERIMENTO APPROVATO DA Ministery of Education IN ESPERIMENTO APPROVATO DA Ministery of Education IN

GIAPPONE nell’ambito dello studio dei RC di altissima energia (TA)GIAPPONE nell’ambito dello studio dei RC di altissima energia (TA)

4 MAGGIO 2004: 4 MAGGIO 2004: LETTER OF INTENTLETTER OF INTENT a a LHC CommitteeLHC Committee ((LHCCLHCC))

ESPERIMENTO APPROVATO DA LHCCESPERIMENTO APPROVATO DA LHCC

RICHIESTI DA RICHIESTI DA LHCCLHCC::

1)1) BEAM TEST BEAM TEST per lo studio della risoluzione energetica del rivelatore per lo studio della risoluzione energetica del rivelatore

(definizione della regione fiduciale)(definizione della regione fiduciale)

2) simulazione per2) simulazione per lo lo STUDIO DEI FONDISTUDIO DEI FONDI di macchina di macchina

3) 3) TECHNICAL DESIGNTECHNICAL DESIGN dell’apparato completo dell’apparato completo

TEST AL CERN (SPS) EFFETTUATO IN LUGLIO/AGOSTO 2004 TEST AL CERN (SPS) EFFETTUATO IN LUGLIO/AGOSTO 2004

(misurata la risoluzione in energia per elettroni fino a 200 GeV; misurati (misurata la risoluzione in energia per elettroni fino a 200 GeV; misurati

inoltre adroni e muoni)inoltre adroni e muoni)


Il possibile contributo di Firenze

• Simulazione con Fluka• 3 doppi layers di silicio• 1 doppio layer davanti al calorimetro• Chips di preamplificazione (PACE3?)• Elettronica di conversione e readout• Elettronica di DAQ• Contributo a ADC VME (Scintillatori)• Contributo a Power Supply System




ConclusioniConclusioni

• Settembre: LHCC• Settembre: Commissione 1 INFN• 2006: costruzione dei 2 detectors e

test su fascio• 2007: presa dati a LHC!!!!

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