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Gli RD per l upgrade di CMS Breve introduzione Tracker upgrade RD sui sensori Tricker trigger Mu-system Upgrade M de

Introduzione. Evito di ripetere le argomentazioni su:1) Motivazioni di fisica 2) Up-grade della macchia LHC 3) Motivazione degli up-grade di CMS4) Dettagli di tutti gli up-grade di CMSpuntando specificatamente alle attivit

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Gli RD per l upgrade di CMS Breve introduzione Tracker upgrade RD sui sensori Tricker trigger Mu-system Upgrade M de

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Presentation Transcript

    1. Gli R&D per l’upgrade di CMS Breve introduzione Tracker upgrade R&D sui sensori Tricker trigger Mu-system Upgrade M de Palma INFN-Univ di Bari

    2. Introduzione Evito di ripetere le argomentazioni su: 1) Motivazioni di fisica 2) Up-grade della macchia LHC 3) Motivazione degli up-grade di CMS 4) Dettagli di tutti gli up-grade di CMS puntando specificatamente alle attività e richieste inerenti gli R&D che vorremmo iniziare. Per gli aspetti generali vi rinvio alle presentazioni del Sestri Meeting: http://agenda.infn.it/conferenceDisplay.py?confId=746 e al Summary Report fatto da N. Dardo a questa commissione il 24/11/08: http://agenda.infn.it/conferenceDisplay.py?confId=895 Ma richiamo soltanto …….. 2 CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 M. de Palma

    3. … i tempi di SLHC, M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 3

    4. ……gli upgrade di CMS, CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 4 M. de Palma

    5. …… i tempi (?) dei Upgrade TDR M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 5

    6. Richieste per il nuovo tracciatore Rispetto all’attuale deve: - essere più resistente alla radiazione (ci aspettiamo aumenti di effetti cumulativi di un fattore 5, di effetti istantanei di un fattore 10) avere maggiore granularità per operare con un aumento del pile-up di un fattore 10-20 presentare un minore material budget e una diminuzione della potenza dissipata mantenere almeno le stesse tracking performance fornire information al LV1 trigger Essere “realizzabile” in termini di complessità, di costi,….. M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 6

    7. Perché il tracker in LV1 Trigger at SLHC? CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 7 M. de Palma

    8. Tracker trigger challenge E’ impossibile transferire off-detector tutti i dati per prendere una decisone, pertanto è indispensabile una on-detector data reduction (o un selective readout). M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 8

    9. Struttura CMS Upgrade Project CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 9 M. de Palma

    10. Nuova struttura del Tracker Upgrade Bilei G.M. PM Abbaneo D. Chiochia V. DPM Bortoletto D. Gill K. DPM Contardo D. Costa S. RM dePalma M. Krammer M. Feld L. Hall G. Horisberger R. Incandela J. Mannelli M. Kwan S. Sharp. P

    11. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 11 Il principale obiettivo di sistema L’aspetto più dibattuto per l’upgrade, in particolare per il tracciatore ma con ovvi riflessi su tutta l’attività di CMS upgrade, è quello relativo all’introduzione dell’informazione del tracciatore nel LV1 trigger e la conseguente configurazione del layout del tracciatore. Cluster width Trigger ? Strawman A Double Stack Trigger ? Strawman B Qui si manifestano incompatibilità e/o competizione di idee. M. de Palma

    12. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 12 I due approcci M. de Palma

    13. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 13 Alcune considerationi -a I due approcci si sono finora evoluti indipendentemente : ci sono idee sul layout (parzialmente implementate nelle simulazioni) ci sono idee sui moduli Ma entrambi : presentano elementi di debolezza e necessitano di approfonditi e specifici R&D (definizione sensori, definizione moduli, elettronica FE, connettività,….. ), richiedono una dettagliata simulazione, valutazione connessa alla potenza necessaria per i trigger layer valutazione del material budget, cooling,........ definizione dell’organizzazione del read-out (link ottici) Inoltre è fondametale preoccuparsi di dimostrare che i nuovi moduli siano in grado di fornire ottime capacità di tracking e vertexing, oltre che di trigger. Attualmente non sono disponibili risultati che permettono un confronto obiettivo fra i due metodi né sull’efficacia di trigger né sulla capacità di fare tracciatura. I pochi risultati disponibili per entrambi sono ottenuti direttamente dai gruppi interessati e con metodi e mezzi talvolta ad hoc. M. de Palma

    14. Alcune considerationi -b Per l’implementazione del tracker trigger : C’è al momento una sola proposta organica, quella del cluster width trigger, che discute tutti i diversi aspetti del progetto: dal criterio di selezione delle tracce ad alto pt, all’elettronica necessaria, ai link ottici fino ad una descrizione di principio del possibile layout. L’approccio alternativo, quello dello stacked trigger è al momento solo espresso brevemente in una proposta generale e di principio di R&D sull’upgrade presentata da G. Hall per IC e RAL. In effetti l’attività sullo stacked trigger, per quanto soggetta ad un cospicuo lavoro di sviluppo dell’idea, di definizione di un possibile layout, di simulazione non è stata ancora formalizzata in una CMS proposal, nonostante un dichiarato interesse di molti gruppi di CMS in particolare da IC e diverse istituzioni USA. M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 14

    15. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 15 Double Stack: A very innovative PT module M. de Palma

    16. Possibili attività dei gruppi INFN CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 16 M. de Palma

    17. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 17 Tracker upgrade - Linee di sviluppo Le diverse idee di layout e la conseguente simulazione dovrebbero d’ora in poi essere coordinate ed armonizzate fra il Simulation WG , il Layout Task Force ed il Trigger WG secondo delle linee guida definite nell’ultima riunione (28 Gennaio 09) dello Tracker Steering Commitee. La valutazione delle capacità del nuovo tracciatore di contribuire efficacemente ad un LV1 trigger e di ricostruire tracce e vertici è di interesse della collaborazione e noi ( INFN) vogliamo contribuire a questi studi con lo spirito di scegliere una delle opzioni, o una soluzione ibrida, solo in base a considerazioni scientifiche. M. de Palma

    18. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 18 Decisioni del USC M. de Palma

    19. Attività di R&D sui sensori Scopi (generali e finalizzati) Comprensione dei fenomeni di charge-trapping e della CCE risultante nei sensori irraggiati ad alte fluenze (> 1015 neq/cm2), nei substrati di silicio più promettenti e per particelle di tipo diverso Comprensione dell’evoluzione del campo elettrico all’interno dei sensori in funzione della fluenza, e conseguente impatto sulla formazione del segnale in dispositivi diversamente segmentati (semplici diodi, rivelatori a microstrisce e a pixel). Ottimizzazione della geometria di prototipi di sensori a microstrisce e pixel del tracciatore per differenti distanze dall’asse dei fasci. Verificarne le performance mediante la realizzazione di prototipi il più possibile vicini al sensori finali di CMS in stretta collaborazione con un’industria che dia: affidabilità nello sviluppo del processo di produzione garanzia di riproducibilità del processo sia nei batch prototipo sia in quelli di produzione sicurezza di capacità di produzione, CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 19 M. de Palma

    20. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 20 Sensor R&D Projects M. de Palma

    21. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 21 Commenti su Attività (4) e (5) M. de Palma

    22. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 22 Attività (4) M. de Palma

    23. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 23 Produzione dei sensori dell’attività (4) M. de Palma

    24. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 24 Commenti su (5) M. de Palma

    25. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 25 Dettagli sul batch per attività (5) M. de Palma

    26. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 26 Connessioni con RD50 M. de Palma

    27. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 27 Sviluppo/milestone M. de Palma

    28. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 28 Sensori - Persone coinvolte/FTE M. de Palma

    29. Attività di R&D sul tracker trigger (con f. Palla) M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 29

    30. Trigger philosophy M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 30

    31. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 31 A possible module layout M. de Palma

    32. Piano di lavoro M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 32

    33. Layout simulato M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 33

    34. Data rate in Barrel M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 34

    35. Track efficiency and fake rate M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 35

    36. Data rate and power M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 36

    37. Fast Links M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 37

    38. 38 Some interesting products

    39. Tracker Trigger - Persone coinvolte M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 39

    40. Future actions for modulator investigation M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 40

    41. Mu-system Upgrade (con P. Zotto) M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 41

    42. DT f - ? matching M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 42

    43. Sviluppo rivelatori 2D M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 43

    44. Soluzioni M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 44

    45. Possibili scelte M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 45

    46. Proposte M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 46

    47. Personale M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 47

    48. sviluppo del progetto M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 48

    49. Conclusioni I proponenti dei diversi di R&D sono pronti e motivati a partire, impiegando al meglio le competenze maturate in molti anni di attività su questi argomenti. In effetti nella simulazioni, nelle definizioni del problema e struttura dell’upgrade siamo già attivi…….. CMS, avendo approvato le proposte, “aspetta” l’inizio delle attività in quanto valuta interessanti e necessarie la complementarità delle idee in essa presenti. Inoltre, riteniamo che gli studi proposti: partono da un esatta conoscenza dello stato dell’arte sono assolutamente in linea con la fase attuale dell’upgrade del tracciatore, permetteranno, collaborando con gli altri R&D, di contribuire alla definizione dei futuri tracciatore e LVI trigger. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 49 M. de Palma

    50. Altre…………… M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 50

    51. Attività

    52. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 52 Costi per R&D sensori dell’attività (5) M. de Palma

    53. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 53 Priorità M. de Palma

    54. Costs for modulator investigation M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 54

    55. Richieste RPC (BARI) M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 55

    56. Richieste scintillatori (Bologna) M. de Palma CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 56

    57. 57 Digression on modulators The FOM is the Vp•L that for industrial standards has been set to 12 Vcm since many years, and the usual operating voltage was 5 V Very recently, the ICFO group has reduced the FOM to 8 Vcm, affecting the operating voltage, which would correspond to decrease the voltage to 3 V. F. Lucchi, D. Janner, M. Belmonte, S. Balsano, M. Villa, S. Giurgola, P. Vergani, V. Pruneri “Very low voltage single drive domain inverted LiNbO3 integrated electro-optic modulator” Optics Express 15, 10739-10743 (2007) Further decrease on the operating voltage could come from the fact that the MZM in telecommunications have large dynamic ranges (~20dB) in order to reach several hundreds km distances our typical distances are less than 200 m and therefore we are convinced that the driving voltage could be safely reduced (tests are starting in Avanex)) The driving voltage Vp•L scales inversely with the laser wavelength even further reduction in the driving voltage could be achieved by operating the device in the 1300 nm band. Fibres at CMS are already designed to work at 1300 nm. The longitudinal dimension of the modulator is dictated mostly by the packaging, but it could be reduced with particular cares For example the plastic stress relief that connects the fiber to the modulator is typically 3-5 cm long. We want investigate modifications that allow safe handling while reducing the footprint Newer devices have interesting footprints which can be further decreased (see next slide)

    58. 58 pT resolution Using the above geometry compute the momentum resolution using single muons using full cluster resolution we get ?pT/pT~0.5% @ 10 GeV expected to scale with cluster resolution (we will provide evidence for it) hence we could use reduced resolution for the trigger - proposed a factor 4 smaller (save 2 bits/cluster - see later) or larger will reach ~2%

    59. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 59 Scelta dei substrati M. de Palma

    60. CCE nei substrati MCz e FZ. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 60 M. de Palma

    61. Danno indotta da particelle cariche o neutroni CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 61 M. de Palma

    62. Dispositivi Segmentati di diverso spessore 62 CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 M. de Palma

    63. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 63 Tracker Organization M. de Palma

    64. CMS Upgrade - CSN1-30/3/09 64 Decisioni del USC M. de Palma

    65. Tracker system R&D Projects

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