TOTEM – luglio 2005

CSN1 - 6 luglio 2005 1

Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC

TOTEM – luglio 2005TOTEM – luglio 2005Politecnico di Bari and Sezione INFN,

Bari, Italy

CERN,

Geneva, Switzerland

Case Western Reserve University,

Ohio, USA

Università di Genova and Sezione INFN,

Genova, Italy

University of Helsinki and HIP,

Helsinki, Finland

Università of Siena e Sezione INFN di Pisa

Siena e Pisa, Italy

Academy of Sciences,

Praha, Czech Republic

Penn State University,

Pennsylvania, USA

Brunel University

Uxbridge, UK



• Current models predict for 14 TeV: 90 – 130 mb

• Aim of TOTEM: ~ 1% accuracy

• Luminosity independent method:

Total p-p Cross-SectionTotal p-p Cross-Section

COMPETE Collaboration:

inelel

ttot NN

dtdN

0

2

)/(

1

16

02

2

1

16L

t

tot dt

dN

inelasticelastictot NN L

Optical Theorem



TOTEM DetectorsTOTEM Detectors

RP1RP1 (RP2)(RP2) RP3RP3

220 m220 m(180 m)(180 m)147 m147 m

Roman Pots:Roman Pots:

~14 m

CMSCMST1:3.1 << 4.7

T2: 5.3 < < 6.5

10.5 m T1T1 T2T2

HF

Inelastic Telescopes:Inelastic Telescopes:



I telescopi inelastici di TOTEM in CMSI telescopi inelastici di TOTEM in CMS

Telescopio T2

Telescopio T1

Camera a vuoto

CMS End Cap



T1 and T2 TelescopesT1 and T2 Telescopes

~3 m

T1: Cathode Strip Chambers

Compass APV hybrids400 mmCastor Calorimeter (CMS)

Vacuum ChamberT2: GEMs

2004 Test Beam in X5

<IP5



La collaborazione cresce…La collaborazione cresce…Collaboratori italiani:Collaboratori italiani:

Il gruppo di Siena/Pisa e’ entrato in TOTEM ( +9 fisici, 4.5 FTE). Il gruppo di Genova aumenta (ora 8 fisici, 6.5 FTE).

Finanziamenti:Finanziamenti: Il CERN ha messo a Disposizione il finanziamento a TOTEM di 2.0

MCHF a maggio 2005. Il gruppo di Praga ha aumentato la partecipazione finanziaria a 200

kCHF + 300 kCHF in kind. I Finlandesi stanno facendo il necessario per inserire TOTEM nei

programmi ufficali Nuovi collaboratori stranieri:Nuovi collaboratori stranieri:

Ingresso di 2 gruppi USA (Penn. State e Case Western) fondi nel 2006

In prospettiva (?):In prospettiva (?): Il gruppo di DESY e di Zeuthen decideranno presto la loro

partecipazione a LHC, una parte potrebbe venire in TOTEM Estonia: interesse manifestato da Lipman.

Prima discussione dello MOU a ottobre 2004. Prima discussione dello MOU a ottobre 2004. La prossima riunione fissata per il 15/7/2004. La prossima riunione fissata per il 15/7/2004.



CMSCMS TOTEM detector review con CMS il 3 maggio 2005TOTEM detector review con CMS il 3 maggio 2005 TOTEM electronic review con CMS il 12 maggio 2005TOTEM electronic review con CMS il 12 maggio 2005

General Comments (dal documento conlcusivo)General Comments (dal documento conlcusivo)CMS would like to thank TOTEM for preparing a detailed series of CMS would like to thank TOTEM for preparing a detailed series of

presentations which allowed us to understand the TOTEM readout presentations which allowed us to understand the TOTEM readout electronics conceptual design, how it interacts with CMS electronics electronics conceptual design, how it interacts with CMS electronics implementation and procurement, and the status of TOTEM implementation and procurement, and the status of TOTEM implementation. The concept appears sound, and the team is to be implementation. The concept appears sound, and the team is to be congratulated on reaching this stage of development with what are clearly congratulated on reaching this stage of development with what are clearly minimal resources. A few general points were evident in the review:minimal resources. A few general points were evident in the review:

1.1. From the CMS point of view, the concept appears to be compatible with From the CMS point of view, the concept appears to be compatible with the CMS DAQ and electronics readout, and probably requires the least the CMS DAQ and electronics readout, and probably requires the least development effort required to achieve this goal.development effort required to achieve this goal.

2.2. The complexity of this system is comparable to any subsystem in CMS – The complexity of this system is comparable to any subsystem in CMS – most of which have considerably more effort available.most of which have considerably more effort available.

3.3. The manpower appears to be very mismatched to such an ambitious The manpower appears to be very mismatched to such an ambitious project.project.



Responsabilita’ italiane: Responsabilita’ italiane: Resp.Naz.: A.Scribano Resp.Naz.: A.Scribano

BariBari DAQ Generale e Trigger interface (parzialmente)

GenovaGenova Costruzione rivelatori ed elettronica FE di T1

Pisa/SienaPisa/Siena Costruzione elettronica FE T2 e trigger inelastico Test ed installazione rivelatori a GEM

(costruzione dei rivelatori resp. Helsinki, back-up da parte di Pisa se necessario)

Queste responsabilta’ saranno discusse al prossimo CB di TOTEM

Totem Italia : Bari, Genova, Pisa/SienaTotem Italia : Bari, Genova, Pisa/Siena



GENOVAGENOVA Costruzione Rivelatori di T1, Costruzione Rivelatori di T1,

La costruzione viene fatta a PNPI (st.Petersburg) con i disegni sviluppati a Genova e sotto controllo di Genova

Costruzione del “truss” (supporto sull’End Cap di CMS)Costruzione del “truss” (supporto sull’End Cap di CMS) Costruzione in Officina Meccanica di Sezione e prova nel magnete di

CMS alla fine del 2005

Costruzione delle “centine” (assemblaggio telescopio) Costruzione delle “centine” (assemblaggio telescopio) Disegno esecutivo, prototipo da Officina Meccanica

El. di Front End e Trigger, parte del DAQ del rivelatoreEl. di Front End e Trigger, parte del DAQ del rivelatore In fase di progettazione/disegno finale, costruzione nel 2006

Simulazione parte inelasticaSimulazione parte inelastica Assemblaggio al CERN Assemblaggio al CERN

inizio estate 2006 – inizio 2007

Test e commissioning su fascio al CERN Test e commissioning su fascio al CERN Inizio estate 2006 – estate 2007 (ready in CMS per meta’ giugno 2006)

CSN1 - 6 luglio 2005 10


Costruzione rivelatori a PNPICostruzione rivelatori a PNPI Costruzione rivelatori a PNPI con disegni e materiali forniti da Costruzione rivelatori a PNPI con disegni e materiali forniti da

Genova.Genova.

In preparazione contratto con PNPI (St.Petersburg).In preparazione contratto con PNPI (St.Petersburg). Fornitura di attrezzature per il QA della produzione.Fornitura di attrezzature per il QA della produzione. Fornitura materiali alla fine del 2005, Fornitura materiali alla fine del 2005,

per 80 rivelatori costruiti per fine 2006.per 80 rivelatori costruiti per fine 2006. Delivery rivelatori del primo semitelescopio maggio 2006Delivery rivelatori del primo semitelescopio maggio 2006

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IL TELESCOPIO T1

THE RAIL FRAMEWORK

THE ALUMINIUM ”BASKET”

-Struttura a traliccio fissata sull’anello piu’ esterno di CMS

-Fissata con quattro piastre per rendere minima la possibilita’ di movimento rispetto alla camera a vuoto

- Aggancio alle rotaie con profilo per minimizzare lo spazio necessario al supporto

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PIATTAFORMA PER ASSEMBLAGGIO T1

Responsabilita’ CERN

Progettazione secondo specifiche concordate con il nostro servizio di progettazione meccanica.

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TEST INTEGRAZIONE CMS (SEPT. 2005)

FRAME WITH LIFTING TOOL

FRAME IN POSITION ON

YOKE 3

E’ in costruzione un “truss” e un bilancino di supporto per sospendere il “truss” che sara’ necessario per l’installazione nel magnete di CMS.

truss

bilancino

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Test prototipi T1 su fascio a Nov 04Test prototipi T1 su fascio a Nov 04

Test di una catena di prototipi del rivelatore e della elettronica (ALICE like)

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Readout scheme (11/04)Readout scheme (11/04)

CONCERN

[CMS like]

[ALICE like]

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Test sul fascio del prototipo di un sistema Test sul fascio del prototipo di un sistema completo con la lettura analogica dei catodi con il completo con la lettura analogica dei catodi con il sistema di ALICE ha messo in evidenza un sistema di ALICE ha messo in evidenza un problema di bandwidth.problema di bandwidth.

Si sta studiando un sistema alternativo per Si sta studiando un sistema alternativo per aumentare il rate di lettura.aumentare il rate di lettura.

Elettronica di front-end T1Elettronica di front-end T1

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ALICE - FEC layoutALICE - FEC layout

[Preamp][ADC & ZS]

The FPGA builds a table of hit channelscreation time 96 s/event:15 clk - command to decode/chn 16*8 - channels @ 20 MHz

i.e.: 10 kHz limit

vs. 600 Hz min. bias @ 10^28

6 KHz @ 10^29

backgrounds 1-2 KHz

CSN1 - 6 luglio 2005 18


Readout analogico per I catodi: 1) modifica della FEC per costruire le tavole in parallelo. 2) readout come CMS con CFEB

(piu’ veloce ma genera un grande volume di dati).

Lettura digitale dei catodi: 1) I segnali del preamp. Analogico (BUCKEYE or PASA)

vanno ad una serie di comparatori (LCOMP) per determinare la posizione del massimo in “mezza striscia”

-> digital output con risoluzione ‘half strip’.

La soluzione digitale e’ preferibile. Necessaria una simulazione dettagliata che e’ gia’ iniziata.

2 alternative allo studio2 alternative allo studio

CSN1 - 6 luglio 2005 19


Setup a Genova

Camere di test riportate a Genova.

Quattro piani di CSC planes sono operative con gas e HV.

Sara’ utilizzato per sviluppare l’elettronica finale del rivelatoree l’integrazione del sistema.

CSN1 - 6 luglio 2005 20


Fisica diffrattiva con CMSFisica diffrattiva con CMS

Il contenuto della LOI in comune e’ stato Il contenuto della LOI in comune e’ stato concordato. concordato.

Draft LOI pronto per fine agosto, da permettere Draft LOI pronto per fine agosto, da permettere la discussione in LHCC a novembre.la discussione in LHCC a novembre.

Fabrizio Ferro coordina la simulazione inelastica di Totem e partecipa attivamente alla stesura del LOI.

CSN1 - 6 luglio 2005 21


Interessi: Responsabilita` del telescopio T2 a GEM. Responsabilita` del telescopio T2 a GEM. Test di laboratorio e fascio.Test di laboratorio e fascio. Elettronica FE. Trigger Inelastico T1+T2 e relative schede.Elettronica FE. Trigger Inelastico T1+T2 e relative schede. Installazione. (Eventuale assemblaggio moduli presso ditta/istituto Installazione. (Eventuale assemblaggio moduli presso ditta/istituto

esterni)esterni) Simulazione T2.Simulazione T2.

Giugno: Giugno: Presentazione a Pisa. Richiesto (ottenuto) Progettista

Elettronico + Supporto Tecnico Richiesta ammissione a Totem Utile incontro a Pisa con W.Snoeys (Electronics Coordinator di

TOTEM) per definire impegno su elettronica T2.

Pisa/Siena:Pisa/Siena:

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Attività :Attività : In sede:

Setup test di un modulo GEM-T2 letto con APV (Q4 2005)Test con sorgente e cosmiciTest dei rivelatori T2 (Q4 2005-2006)Simulazione del T2 e studi di rate Progettazione trigger systemContributo alla progettazione e realizzazione scheda di FE

GEM con VFAT e CC Al CERN:

Test dei rivelatori T2 (Q4 2005-2006) Test di integrazione con l’elettronica di CMS nel CMS 904 lab

(Q1 2006) Test beam di 20 moduli finali T2 (Estate 2006) Assemblaggio e integrazione di T2 (Q3-4 2006 & Q1-2 2007)

Pisa/SienaPisa/Siena

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5 µm

70 µm

55 µm

50 µm

Electrons

Ions70 µm

140 µm

GEM 1

GEM 2

ED

ET1

EI

DRIFT

READOUT

DRIFT

TRANSFER 1

INDUCTION

GEM 2

ET2 TRANSFER 2

Three GEM foils kept in Three GEM foils kept in position by thin spacersposition by thin spacers

Readout board is a printed Readout board is a printed board with pads and board with pads and stripsstrips

Elettrodi 50 m kapton + 2x5 m rame Struttura fra 2 piatti honeycomb Stesalit

T2: Triple GEMT2: Triple GEM GGASAS EELECTRON LECTRON MMULTIPLIERULTIPLIER

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65() x 24(= 1560 padsPads: x = 0.06 x 0.018 ~2x2 mm2 __ ~7x7 mm2

Strips: 256x2 (width 80 m, pitch 400 m)

=/2

Analog R/O circular stripsVia APV25

Digital R/O padsVFAT for Trigger

10 triple-GEM planes, to cope with high particle fluxes 5.3<||<6.8

Technology used in COMPASS

pads

strips

Asymmetric back-to-back mounting Support – 2 rails per semi telescope Water cooling; 200 watts total to dissipate

Cooling

Gas in/out

HV divider

13 VFAT + 4 APV /module

Scheda di FE

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Trigger out (8)Trigger out (8)FrontEnd&

Comp(128) DACs for

bias

TrackingData

Memory256

deep

Data outData out

Trigger inTrigger inClockClockResetResetPulsePulseSyncSyncI2C signalsI2C signals

PowerPower

Controllogic

TrackingData L1Memory

128deep

I2C SEU robust slow control registers

Trigger generation

VFATVFAT

ASIC specifico per TOTEM. Seconda sottomissione a settembre 2005

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Coincidence Chip (CC)Coincidence Chip (CC)

Programmable coincidence between sectors of different planes Programmable coincidence between sectors of different planes Advantages of full-custom chip for experiment:Advantages of full-custom chip for experiment:

Radiation tolerant, severe on-detector reduction of trigger bits Ex: RP: trigger bits reduced from ~ 1000 to < 20 per RP station

I2C controlled, fully CMS compatible Minimal latency, carries out coincidence within one clock cycle

CCVFAT

Up to 8 trigger Up to 8 trigger bits/VFAT bits/VFAT

Up to 80 inputsUp to 80 inputs

CC

Can cascade, 1 Can cascade, 1 BC per layer BC per layer

CountingRoom

VFAT

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BARIBARI

Daq Generale e Trigger interfaceDaq Generale e Trigger interface Infrastruttura generale DAQ + timing e interfaccia

al sistema di trigger Partecipazione a tutte le fasi del progetto:

DesignSviluppiImplementazioneRunInterfaccia e integrazione dell'esperimento

nella sua collocazione finale

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Attività :Attività : In sede:

Studio del timing e della distribuzione dei segnali di triggerSviluppo di software

Al CERN: Test dei rivelatori T2 (Q4 2005-2006) Test di integrazione con l’elettronica di CMS nel CMS

904 lab (Q1 2006) software di Controllo/timing/calibrazione (2006) Test beams (2006– 2007) Costruzione finale e integrazione DAQ

(Q3-4 2006 & Q1-2 2007)

Totem BariTotem Bari

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Where TOTEM enters the CMS Where TOTEM enters the CMS systemsystem

Totem specific part is close to Totem specific part is close to detectors (i.e. front-end detectors (i.e. front-end systems) and generation of LV1 systems) and generation of LV1 triggerstriggers

Many arrows are crossing the Many arrows are crossing the boundary; care has to be taken boundary; care has to be taken in the integration (compliancy to in the integration (compliancy to CMS standards)CMS standards)

LV1 Trigger Trigger throttle and control Data transport (DAQ) and record

structure Detector control (DCS)

(E.Radicioni presentation @ the Totem-CMS meeting 3/05/05)

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RPS1 RPS2 RPS3 RPS4GEM

GEM

GEM

GEM

CSC

CSC

CSC

CSC

18 18

DCC DCC

18 18

DCC DCC

18

DCC

18

DCC

DCC

CMS DAQ System

FRL

2

S-Link

FRL

2

S-Link

FRL

2

S-Link

FRL

2

S-Link

FRL

2

S-Link

FRL

2

S-Link

FRL

?

S-Link

APV APV

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TOTEM Readout/Test System nel CMS 904 lab.

to FRL

FRL

or FED Kit

VFAT Emulator

DCC

cPCI Crate

VME64x Crate

TTC

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To FRL

CMS ECAL Data Concentrator Card

ECAL DCC

Adapter + S-Link64 board

- Partially Equipped Board: - 1 NGK Receiver for 9 channels; - 2 Xilinx Receiver Blocks and Deserializers;- S-Link64 on Rear Adapter; - 16MB of Spy Memory;- Reprogramming: - Receiver Blocks; - Event Merger; - Event Builder;========================== TOTEM need: ~20 DCC; ~20 Adapters and 20 S-Link64;==========================+ Available Design+ Board Used in ECAL;- Not Tested when partially equipped;- FPGA design changes;- VME Rear Modules;- Costs;

ECAL DCC

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Attivita’ TOTEM da finanziare nel 2005Attivita’ TOTEM da finanziare nel 2005

Inizio costruzione T1Inizio costruzione T1 Acquisto di ¼ dei materiali per i rivelatori Disegno elettronica FE catodi. Prototipi per elettronica Anodi Prova installazione del supporto telescopio nel magnete di CMS

T2T2 Studio e disegno FE board per T2 Studio e disegno trigger inelastico Costruzione e prova di un rivelatore a GEM

DAQDAQ Prototipo scheda DCC e VFAT emulator Inizio tests con CMS (lab 904)

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Bari - ricercatoriBari - ricercatori

RicercatoriRicercatori QualificaQualifica Percentuale Percentuale TotemTotem 2006 2006

11 V.BerardiV.Berardi Prof. Ass.Prof. Ass. 7070

22 M.CalicchioM.Calicchio Prof. Ass.Prof. Ass. 7070

33 M.G. CatanesiM.G. Catanesi INFN - Responsabile LocaleINFN - Responsabile Locale 7070

44 E.RadicioniE.Radicioni INFNINFN 7070

Ricercatori equivalenti: 2.8Ricercatori equivalenti: 2.8

M. G. Catanesi Responsabile locale

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GENOVA - ricercatori per il 2006GENOVA - ricercatori per il 2006


11 Bozzo MarcoBozzo Marco Prof. Ass. Prof. Ass. 100100

22 Buzzo AlbertoBuzzo Alberto 1° Ric. INFN1° Ric. INFN 100100

33 Ferro FabrizioFerro Fabrizio AssegnistaAssegnista 100100

44 Lo Vetere MaurizioLo Vetere Maurizio Ric. Univ.Ric. Univ. 6060

55 Macrì MarioMacrì Mario Dir. Ric. INFNDir. Ric. INFN 9090

66 Robutti EnricoRobutti Enrico Ric. INFNRic. INFN 4040

77 Santroni AlbertoSantroni Alberto Prof. Ord.Prof. Ord. 7070

88 Sette GiuseppeSette Giuseppe Prof. Ass.Prof. Ass. 8080


M. Lo Vetere Responsabile locale

+ Dottorandi

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GENOVA - tecnologi e tecnici per il 2006GENOVA - tecnologi e tecnici per il 2006

TecnologiTecnologi QualificaQualifica Percentuale Percentuale TotemTotem 2006 2006

11 Cuneo StefanoCuneo Stefano TecnologoTecnologo 3030

22 Musico PaoloMusico Paolo TecnologoTecnologo 3030

Tecnologi equivalenti: 0.6Tecnologi equivalenti: 0.6

TecniciTecnici QualificaQualifica Percentuale Percentuale TotemTotem 2006 2006

11 Cerchi StefanoCerchi Stefano TecnicoTecnico 7070

22 Minutoli SaverioMinutoli Saverio TecnicoTecnico 7070

33 Morelli AldoMorelli Aldo TecnicoTecnico 5050

44 Negri MarcoNegri Marco TecnicoTecnico 7070

Tecnici equivalenti: 2.6Tecnici equivalenti: 2.6

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PISA/SIENAPISA/SIENA

+ Assegnisti e Dottorandi

A.Scribano Rappresentante Nazionale S.Lami Responsabile locale


11 Bottigli UbaldoBottigli Ubaldo Prof. Ord. Siena (?)Prof. Ord. Siena (?) 3030

22 Ciocci Maria AgneseCiocci Maria Agnese Ric. Univ. SienaRic. Univ. Siena 3030

33 Lami StefanoLami Stefano Ric. INFN PisaRic. INFN Pisa 7070

44 Latino GiuseppeLatino Giuseppe Ric. Univ. SienaRic. Univ. Siena 7070

55 Meucci MarioMeucci Mario Prof. Ord. SienaProf. Ord. Siena 5050

66 Paoletti RiccardoPaoletti Riccardo Prof. Ass. SienaProf. Ass. Siena 3030

77 Sanguinetti GiulioSanguinetti Giulio Primo Ric. Pisa.Primo Ric. Pisa. 5050

88 Scribano AngeloScribano Angelo Prof. Ord. SienaProf. Ord. Siena 6060

99 Turini NicolaTurini Nicola Ric. Univ. SienaRic. Univ. Siena 3030


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Richieste nel 2005Richieste nel 2005

I referees daranno il dettaglio delle richiesteI referees daranno il dettaglio delle richieste

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TOTEM – luglio 2005