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STATO E CARATTERIZZAZIONE DEL RICH-1 DI COMPASS

Catania, 30/3-1/4/2005 - IFAE. STATO E CARATTERIZZAZIONE DEL RICH-1 DI COMPASS. argomenti scelti: perche’ parlare di RICH il RICH-1 in COMPASS le principali caratteristeche del hardware le prestazioni del rivelatore. S. Dalla Torre INFN – TRIESTE ( per il gruppo COMPASS RICH ).

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STATO E CARATTERIZZAZIONE DEL RICH-1 DI COMPASS

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  1. Catania, 30/3-1/4/2005 - IFAE STATO E CARATTERIZZAZIONE DEL RICH-1 DI COMPASS argomenti scelti: • perche’ parlare di RICH • il RICH-1 in COMPASS • le principali caratteristeche del hardware • le prestazioni del rivelatore S. Dalla Torre INFN – TRIESTE ( per il gruppo COMPASS RICH ) ISTITUTI: • Torino, INFN e Universita’ • Trieste, INFNe Universita’ • Bielefeld, Universita’, contributo sistema gas • CERN, suppoto tecnico immagine dall’online event display Silvia DALLA TORRE

  2. VITALITA’ DEI RICH 1/2 tabella di B. Ratcliff – RICH2004 (con qualche aggiounta) Silvia DALLA TORRE

  3. VITALITA’ DEI RICH 2/2 tabella di B. Ratcliff – RICH2004 (con qualche aggiounta) Silvia DALLA TORRE

  4. Con fascio di muoni * • Contributo gluonico allo spin dei nucleoni G/G • Le funzioni di distribuzione di spin trasverso Tq(x) • la separazione in flavour delle distribuzioni di densita’ polarizzate dei quark q(x) • la fisica delle L • la produzione difrattiva di VM * Data collected COMPASS studio della fisica adronica Con fasci adronici • Reazioni Primakoff * • Polarizzzabilita’ del  e del K • Glueball e ibridi • Mesoni e barioni con charm • Decadimenti semi-leptonici • Barioni doppiamente charmati Silvia DALLA TORRE

  5. LO SPETTROMETRO COMPASS trigger-hodoscopes FASCIO:160 GeV µ+ 2 . 108 µ/spill (4.8 s/16.2s) Pm ~ 80% DW45 straws SM2 dipole Muon-filter2,MW2 HCAL1 RICH_1 Gem_11 ECAL2,HCAL2 SM1 dipole MWPC Gems Scifi Polarised Target Muon-filter1,MW1 Veto straws,MWPC,Gems,SciFi Gems,SciFi,DCs,straws Silicon SciFi Micromegas,DC,SciFi BMS Silvia DALLA TORRE

  6. 3 m 6 m vessel mirror wall photon detectors: CsI MWPC 5 m radiator: C4F10 COMPASS RICH-1 – IL DISEGNO DAI PARAMETRI DELL’ESPERIMENTO: • h-PID fino a p > 50 GeV/c • grande accettanza(= grandi dimensioni trasverse): H: 500 mrad V: 400 mrad • capacita’ di sostenere • rate di trigger fino a 105 Hz • rate di fascio fino a 108 Hz • materiale minimizzato + progetto del 1996 radiator: C4F10 detection of VUV photons (165-200 nm) Silvia DALLA TORRE

  7. PHOTON DETECTION rivelatori di fotoni: 5.3 m2 MWPC (8 camere) con fotocatodi a CsI read-out: 84,000 canali analogici con intelligenza locale estesa MWPC con fotocatodi a CsI il piu' esteso sistema di fotorivelatori a CsI in operazione 2 fotocatodi, 60 x 60 cm2 ciascuno Silvia DALLA TORRE

  8. MWPC CON FOTOCATODI DI GRANDI DIMENSIONI, L’ESPERIENZA COMPASS stoccaggio dei catodi • Tavolo rettificato • con movimento x,y e microscopio per • saldare I fili anodici • verifiche dimensionali • (planarita’, gap • entro 100 mm) CsI: igroscopico , l’acqua attacca la QE catodi mai esposti all’aria (max 50 ppm O2 , normalmente: 10 ppm) montaggio dei fotocatodi in camera a guanti trasporto dei fotocatodi Silvia DALLA TORRE

  9. COMPORTAMENTO DEI FOTORIVELATORI • instabilita’ elettriche dei fotorivelatori in ambiente radioattivo (*), • TEMPI DI RECUPERO LUNGHI ! (~ 1 d) • instabilita’ legate a piccoli difetti locali • superate con : • controllo parametri geometrici • ispezione filo (al microscopio) • validazione al GIF • 2001 - 2/8 camere stabili • 2002 - 5/8 camere stabili • 2003, 2004 – segmentando la HV: • 97% della superficie camere stabile • stabili fino a ~2000 V  efotoel = 65-70% (85% ai test beam) • (*) nel fascio di m : • flusso di MIP : ~ 5 x 105 / s / m2 • flusso di fotoni : fino a 3 x 105 / s / cm2 filo difettoso, diametro 20 mm Silvia DALLA TORRE

  10. IL SISTEMA DEGLI SPECCHI ‘la parete specchi VUV’, 21 m2,116 elementi raggio: 6.6 m media sui 126 specchi, alla produzione riflettanza stabile nel tempo 2000 = @ COATING 2000 reflectance 2001 2002 wave length Silvia DALLA TORRE

  11. LA MECCANICA DEL MIRROR WALL:COME ESSERE LEGGERI, RIGIDI E REGOLABILI la parete durante l’assemblaggio l’elemento della struttura modulare SPESSORE meccanica: 2.5 % X0 specchi ~5.5 % X0 STABILITA’: Dopo una deformazione iniziale di ~ 1 mard, stabile: 0.1 mrad su ~ 3.5 y supporti individuali la maschera di assemblaggio mirror rear side regolazione per l’allineamento angolare, 2 movimenti ortogonali (ris. < 0.1 mrad) la struttura meccanica della parete assemblata Silvia DALLA TORRE

  12. IL SISTEMA DEL GAS RADAIATORE C4F10 • funzioni: • P relativa costante (+/- 0.1 mbar) • per limitare DP su • finestre del serbatoio • Lastre di quarzo • beam pipecontenente He • filtraggio del gas (rimozioneH2O, O2) • riempimento/recupero C4F10 liquid storage tank liquifier vessel filters PLC and electrical installation compressors Silvia DALLA TORRE

  13. tipica trasmissione trasmissione attraverso 1,87 m, dal fit: H2O:~1 ppm, O2: ~3 ppm transmission wavelength (nm) PRESTAZIONI • ottima trasparenaza, • meglio dei parametri di progetto • filtri on-line a funzioni separate: • catalizzatore Cu, ~ 400C per O2 • filtro molecolare 5A, ~ 100C per H2O perdite ridottissime: volume del serbatoio 85 m3 lunghezza orale o-ring : ~ 100 m C4F10 : N2 = 95 : 5 stabile ! gas (atm. P) leak rate = 90 l/d Silvia DALLA TORRE

  14. LA PREDIZIONE ON-LINE DI (n-1) PER PERMETTERE LA PROCESSATURA QUASI ON-LINE DEI DATI: UNA NECESSITA’ PER COMPASS, IN FATTI = 3 TB/day (n-1) cal dalle misure di P, T linea continua [(n-1)meas – (n-1) cal] / (n-1) predizione alivello del ‰ (n-1) meas dall’analisi dei dati off-line punti red Silvia DALLA TORRE

  15. L’ INFORMAZIONE BRUTA un evento, run di calibrazione a bassa intensita’: 107/sec un evento, run standard ad Intensita’ nominale: 4 x107/sec Silvia DALLA TORRE

  16. LA REGIONE CENTRALE DEL RICH-1 2 effetti combinati: - l’alone el fascio - le zone morte centrali plot cumulativo di eventi efficienza PID da Monte Carlo geometrico fotoni generati dall’alone del fascio zone morte rimosse Efficiency Monitor tutte le zone morte Distance from Beam (mm) Silvia DALLA TORRE

  17. LE PRESTAZIONI PER“FOTONI SINGOLI” • particelle selezionate secondo l’angolo polare • e producendo bande in qring informazione su : • risoluzione • numero di fotoni rivelati • fondo esempio qring (mrad) qhit (mrad) Silvia DALLA TORRE

  18. NUMERO DI FOTONI FONDO nella regione dell’anello Qparticle<30 mrad 30-60 mrad N. FOTONI qparticella > 60 mrad 60-90 mrad 90-120 mrad fit qC > 36 mrad 120-150 mrad 150-180 mrad anelli con < 5 fotoni non ricostruiti Silvia DALLA TORRE

  19. RISOLUZIONE risoluzione per fotone singolo confronto della risoluzione da anello direttamente misurata (anelli ricostruiti) e calcolata dalla risoluzione per fotone singolo: in ottimo accordo  IL RIVELATORE E’ COMPLETAMENTE CAPITO sphoton (mrad) risoluzione dall’anello p (GeV/c) s dalla risouluzione per fotone singolo e dal fondo sRING (mrad) 2.5 s p/K sep. up to 40 GeV/c s misurato sugli anelli ricostruiti Qparticle (mrad) Silvia DALLA TORRE

  20. L’IDENTIFICAZIONE • particle> 25 mrad p (GeV/c) > pthr(K) + 2 GeV/c K p, m p Silvia DALLA TORRE

  21. L’ EFFICIENZA DI IDENTIFICAZIONE SPETTRI DI MOMENTO IN BIN DI qparticle 0-30 mrad 30-60 mrad <p> = 12.4 GeV/c <p> = 9.3 GeV/c EFFICIENCY 0. 0.5 1. 60-90 mrad 90-120 mrad <p> = 7.1GeV/c <p> = 5.8 GeV/c p± from Ks decays p> thr. (= on average 0 photons ) p> thr. + 0.5 GeV/c (=on av. 5 det. ph.s) p> thr. + 1.2 GeV/c (=on av.8 det. ph.s) p> thr. + 2 GeV/c (=in m. 10 det. ph.s) 120-150 mrad 150-180 mrad <p> = 4.9 GeV/c <p> = 4.3 GeV/c 0. 90. 180. Qparticle(mrad) Silvia DALLA TORRE

  22. L’EFFICIENZA DI PID,LA CURVA DI APPRENDIMENTO 2003, 2004 2003, 2004 gas quality PD stability 2002 EFFICIENCY 0. 0.5 1. software upgrade EFFICIENCY 0. 0.5 1. 2002 K± from Fdecay (sample purity: 84% ) p> thr. + 2. GeV/c (= on av. 5 det. ph.s) p± da decadimenti Ks (sample purity: 94% ) p> thr. + 0.5 GeV/c (= on av. 5 det. ph.s) 0. 90. 180. Qparticle(mrad) 0. 90. 180. Qparticle(mrad) Silvia DALLA TORRE

  23. IL RICH-1 nella FISICA DI COMPASS Un esempio notevole:DG/G da open charm, il segnale D0 & D0senza rivelatore microvertice senza RICH Preliminary 2003: Seff= 674 (17) 2002 : Seff(*)= 151 (8) 2002 2003 (2004) Seff/day * 4.9 Preliminary (*) Seff=S/(1+B/S) Silvia DALLA TORRE

  24. UNO SGUARDO AL FUTUROL’UP-GRADE DEL RICH-1 CON MAPMT rivelatori di fotoni nella regione centrale: MAPMT (HAMAMATSU R7600-M16-03) fili anodici rimossi davant alle lenti: non c’e’ campo E catodo rimpiazzato da un pannello di MAPMT e lenti Silvia DALLA TORRE

  25. cross-talk plateau ~ 30 fC ~ 270 fC ~ 90 fC MAPMT & FOTONI SINGOLI plot cumulativi: gli anelli in linea noise, PM off plot: hit multiplicity / event vs threshold setting, arbitrary units Si identififca chiaramente una regione completamente piatta (nessuna perdita di fotoni), adeguata per il settaggio non critico della soglia, fra la regione del cross-talk (a basse soglie) e la regione dove inizia la perdita di fotoni (visibile nel terzo plot) Silvia DALLA TORRE

  26. CONCLUDENDO • Il RICH-1 di COMPASS e’ pienamente operativo • ha raggiunto il plateau delle prestazioni nel 2003 • Il RICH-1 • progettato a meta’ degli anni 90 • parametri di disegno severi concernenti • le dimensioni trasversali • le rate (beam, trigger)  RICH VUV di grandi dimensioni con radiatore gassoso • si sono riscontrate limitazioni nell’ operare fotocatodi a CsI di grandi dimensioni in ambiente radioattivo • la risoluzione di fotone singolo e’ soddisafcente e vicina al valore di disegno • la risoluzione per anello e’ limitata dal fondo fisico e dal numero di fotoni rivelati • permette separazione a livello di 2.5 s di p / K fino a 40 GeV/c • il rivelatore e’ centrale per la fisica di COMPASS (esempio: DG/G) Silvia DALLA TORRE

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