Attività a Perugia e stato
dell’esperimento
N.Nappi, Catania, 20/9/02
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Nello Nappi, Comm. I 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
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Breve promemoria
Misura di (B.R. ˜ 3 1011) 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 )
00 LK
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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
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La “bottom line”
Occorre migliorare l’efficienza e ridurre il rate
Efficiencies ( % )PR OR (12MeV )
Vetos:CUV NUV NBV CBV CPR CEBP
CDV
PR penetration(2 mod>12MeV)
Nx - Ny proj
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Aspetti critici del livello 0
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
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
90KHz 24KHz
23KHz 3KHz
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Proiezioni x - y (integrate in z)
SEGNALE FONDO
Anche (Nx=1, Ny=1) escluse nelle condizioni finali
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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
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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
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Schema primo prototipo (R.Cenci)
Ritorna a misure
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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?
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Scheda di test
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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
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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
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Diagramma a blocchi tentativo
x – y logicin each
preradiatorQ/M
y
u
Q/MOR
eventtime
vetosvetologic
otherQ/M’s
x
Analog sumslogic
25MHzsynchronization
25MHzsynchronization
25MHzsynchronization
y clustering
x clustering
finaldecision
OtherQ’s25MHz
synchronizationand fine time
x patternrecognition
x clusters: other M’s same Q
Interestingregion list
y patternrecognition
y clusters: other M’s same Q
x y
Disegno per logiche x ed y separate (da decidere) Tutto sincrono, ad eccezione della zona
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Molteplicità di celle x-y del prerad.(1)
Taglia corto
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Molteplicità di celle x-y del prerad.(2)
Taglia corto
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Molteplicità di celle x-y del prerad.(3)
Taglia corto
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Molteplicità di celle x-y del prerad.(4)
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Regione intorno alla beam pipe
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Inner liner (Giusy )
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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, )
Con incidenza ad angolo e senza I.L. nel prerad stessi risultati che con incidenza normale ed I.L.
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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
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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
CALInner liner
Inner liner
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Esempi di risultati nuova simulazione(1)
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Esempi di risultati nuova simulazione(2)
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Esempi di risultati nuova simulazione(3)
(/E)EGeV
fraz. eventi nelle code
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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 ?
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Risultati di Woody et al.
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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
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Possibile layout per sistema con ffc
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Possibile layout sistema con fibre
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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
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Microbunch
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Cavità 25 MHz
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Vacuum vessel
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Yale: readout con APD (simulazioni)
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Mosca: sviluppo veto per fotoni
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Triumph prerad
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Triumf_ele
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Kyoto: prototipo 1 modulo catcher
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Kyoto: proto 2
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Zurich
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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
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CFI
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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