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Linear Collider :R&D per rivelatori e prospettive

Linear Collider :R&D per rivelatori e prospettive. Brevi richiami di fisica Condizioni dalla macchina Concetti generali del rivelatore Proposte di rivelatori Situazione generale R&D R&D vertice+tracking R&D calorimetri/  LC: Percorso presente-futuro. Sommario.

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Linear Collider :R&D per rivelatori e prospettive

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Presentation Transcript

  1. Linear Collider:R&D per rivelatori e prospettive • Brevi richiami di fisica • Condizioni dalla macchina • Concetti generali del rivelatore • Proposte di rivelatori • Situazione generale R&D • R&D vertice+tracking • R&D calorimetri/ • LC: Percorso presente-futuro Sommario Paolo Checchia CSNI

  2. Brevi richiami di fisica Paolo Checchia CSNI

  3. Condizioni dalla macchina TESLA DAQ differenza fondamentale per il rivelatore emitt., fun. di bet, fascio-fascio con  *y*x coda di bassa energia

  4. Concetti generali del Rivelatore Eu Am As

  5. Coil TESLA TDR SD Paolo Checchia CSNI

  6. Tracking: Rivelatore di vertice • configurazioni per tutte le tecnologie ( e tutte le regioni): • Pixels (3D) 1 Gpixel • strato interno vicino P.I.. • 5 strati per tracciamento indipendente • Spessore strati  0.1 X0 • Precisione punto < 5 m/strato • Buon rapporto segnale/rumore • Sufficiente una resistenza alle radiazioni modesta TESLA Paolo Checchia CSNI

  7. o Monolitic Active Pixel Sensors silicio senza supporto • pixels • segnali con lettura alternata: divisione capacitiva della carica Paolo Checchia CSNI

  8. TPC amplificazione:problemi con MWC (ExB, ioni,spessore end plate) soluzioni: GEM, Micromegas GEM tracce 3 d, no P.R.

  9. Calorimetria visione generale * *E/E= 60%x0 +25%x10%/E +10%x80%/E + confusione Paolo Checchia CSNI

  10. SiW SiW per SD + altre soluzioni Paolo Checchia CSNI

  11. TESLA JLC

  12. L*=3m Calorimetria: Regione in avanti L*=5m SiW SiW o Diamanti/W o Cristalli scopo: L/L10-4 Paolo Checchia CSNI

  13. Magnete e rivelatori di muoni Paolo Checchia CSNI

  14. Europa Situazione generale R&D • Germania MAPS DEPFET TPC CALICE DESY PRC: CALO (LCCAL, CALICE, Forward) Vertex (CCD, MAPS, DEPFET) Tracking (TPC, SI-Envelope)TOT ~200 K€+DESY • Francia MAPS CALICE TOT ~500(?) K€ • UK LCFI-CCD (1 M€) CALICE (490 K€ 03/04 280 04/05) + richiesta 18 M€ per Beam Delivery System • Altri (Russia R.Ceka…) ~30 K€ +INTAS • ItaliaMimosa(20 K€) LCcal (0 K€) CAPIRE (56 K€ 03 111 K€ 04)

  15. USA FY2003 Situazione generale R&D • LinearColliderRDworking group (DOE ): 1 vtx 6 tracking 6 calorimetri 2 Tot 412 K$ • UniversityConsortium for LinearCollider RD (NSF) 2 vtx 5 tracking 5 calorimetri 1  Tot 150 K$(con R&D acceleratore) USA FY2004 • LCRD 500K$ (?) • UCLC >>2003 (? richiesto 1 M$)

  16. R&D vertice tecnologie

  17. tecnologie M.Caccia

  18. tecnologie M. Caccia

  19. Attivita’ di R&D in corso

  20. Il prototipo attualmente piu’ avanzato: MIMOSA-V, realizzato da LEPSI (Strasbourg) • 0.6 m AMS process • risoluzione 1.7 m • dispersione dei guadagni ~ 2% • efficienza 99.3%

  21. JLC Detector R&D • 3.1) Vertex Detector • a) done or finishing soon • excellent spatial resolution (plot) • room-temperature operation (good S/N by Multi-Pinned Phase operation) • radiation hardness measurement : 90Sr, 252Cf, electron-beam irradiation=in analysis • b) in progress or to do • CTI improvement : two-phase clocking, thermal charge injection, notch structure (plot) • fast readout : test-board fabrication in progress • thinned CCD (20micrometer) : flatness, stability, reproducibility • precise estimation of background by a full simulation with detailed beamline components Jim Brau Amsterdam April 4 2003

  22. R&D Tracking Gaseous Tracking

  23. Questione fondamentale: se la granularità è necessaria, qual è il modo migliore per realizzarla? R&D calorimetri CALICE: • collaborazione che unisce • calorimetro elettromagnetico SiW Francia, UK… nessun test(ancora), molto lavoro di ingegnerizzazione • calorimetro adronico tiles (!?)DESY, Russia… molto lavoro per l’ottimizzazione della luce, realizzatoprototipo • calorimetro adronico digitale molte idee per parte attiva del rivelatore (anche in US): GEM, RPC, camere.. Paolo Checchia CSNI

  24. Prototype overview Global view of the test beam setup VME/… ECAL general view HCAL 2nd structure (2×1.4mm of W plates) 3rd structure (3×1.4mm of W plates) 180 mm BEAM VFE ECAL Beam monitoring Movable table 370 mm 1st structure (1.4mm of W plates) 370 mm Detector slab Silicon wafer J.C. Brient Amsterdam 4-4 2003

  25. Treatment direction Scintillator BC-408, , Kuraray, WLS-fibre The actual achieved LY for the TFS 3M-Super Radiant Reflector Light yield/tile • 22+/-1.5 pe (BC-408, Aug. 2002) • >> 26 (new results from ITEP) • both Russian scintillators • have ~ 2/3 of BC-408 LY • ~20% more LY can be expected • by improving polishing • of WLF-fibre end, • no gluing needed anymore All together: 100% reflectivity at fibre end V. Korbel Amsterdam 2003

  26. Altra Soluzione Ecal: LCCAL (Como, LNF, Padova, Trieste) • 45 strati • 25x25x0.3 cm3 Pb • 25x25x0.3 cm3 Scintill. 25, Celle 5x5 cm2 • 3 piani • a 2, 6, 12 X0 • 252 0.9x0.9 cm2 Pad di Si Paolo Checchia CSNI

  27. LCCAL PM’s Fibre con la struttura di supporto PM Fibre nel collettore di fronte ai PMs Scintill. Piani Si Paolo Checchia CSNI LCCAL in test @ BTF (Frascati)

  28. Lccal: risoluzione in Energia e linearità Buona linearità vs molteplicità 1 e- 2 e- 3 e- BTF test EE 11.5%E Ebeam (MeV) • Stat. fotoel. Trascurabile • Term. stoc.11.5% come in MC • Uniformità raccolta lucea livello < 10%. Effetti sulla resoluzioneda valuatare al SPS Agosto 2003 Cern TB 2002 Nphe>5.1 /layer →Cal(45 layers) ~ 250 MeV/Mip ~ 800Npe/GeV Non uniformità della luce << 20% OK also @ BTF (E ~500 MeV) Paolo Checchia CSNI

  29. Lccal: risoluzione in Energia e linearità Cern TB 2003 EE pm satura confermata ad alta energia !!! Ecal (GeV) e- 11.1%E Ebeam (GeV) Ebeam (GeV) / calorimeter Si PADS cont. ADC Ecal (GeV)

  30. Lccal: Si pads profilo sui piani di PAD 5 GeV e- Risultati preliminari più che soddisfacentiPRC a DESY 30-10-03

  31. CAPIRE dati: cosmici e BTF

  32. CAPIRE   HV HV     HV HV Rate Rate Paolo Checchia CSNI

  33. CAPIRE

  34. ALCPG Calorimeter Working Group: R. Frey/A. Turcot/D. Chakraborty Calorimeter Detector R&D in N. America Jim Brau Amsterdam

  35. JLC Detector R&D • 3.4) Calorimeter • a) done or finishing soon • hardware compensation, energy response linearity, energy resolution (stochastic term) (plot) • machine-ability of tiny tiles, assemble-ability • performance of WLS-readout SHmax • b) in progress or to do • granularity optimization with a full simulation • photon yield and non-uniformity improvement for RectTile EMcal • performance study of strip-array EMcal : beamtest, simulation, ghost-rejection (plot) • direct-APD-readout SHmax • photon detectors (multi-channel HPD/HAPD, EBCCD etc.) Jim Brau Amsterdam April 4 2003

  36. International. Comm. For Future Accelerators ICFA Techn . Rev. International LC Committee Steer. Comm. European Comm. Asian Comm. US HEP ILCSC for Future Acceler . for Fut. Acc. Adv. Panel European LC Asian LC US LC Steering Comm. Steering Comm. Steering Comm. Accelerator Physics& Sub Group on Organ. Outreach Sub panel Detectors & Manag . + altri La lunga via per un LC lastricata di comitati B. Foster ECFA

  37. La lunga via per un LC …….passato • ILCSC:documento di consenso internazionale (9/4/2003)

  38. Paolo Checchia CSNI

  39. La lunga via per un LC …….passato • ILCSC:documento di consenso internazionale (9/4/2003) • ILC TRC: report 03 http://www.slac.stanford.edu/xorg/ilc-trc/2002/2002/report/03rep.htm in particolare:

  40. The Rankings for R&D R&D needed for feasibility demonstration of the machine • Ranking 1 • Ranking 2 • Ranking 3 • Ranking 4 what you must do before you can honestly say the machine will work (proof of principle) N. Walker Amsterdam 2003

  41. Building and testing of a cryomodule at 35 MV/m and measurements of dark current • Test of complete accelerator structure at design gradient with detuning and damping, including study of breakdown and dark current • Demonstration of SLED-II pulse compressor at full power Rankings Score Sheet Paolo Checchia CSNI

  42. La lunga via per un LC …….passato • ILCSC:documento di consenso internazionale (9/4/2003) • ILC TRC: report 03 http://www.slac.stanford.edu/xorg/ilc-trc/2002/2002/report/03rep.htm in particolare: • International group of funding agencies:

  43. "the Halliday panel" 30 Luglio 2003 meeting a Londra “to discuss the status and funding prospects for a linear collider of 0.5 – 1TeV” International*group of funding agencies “three distinct phases of a proposed LC project, with decision points between …. a) an R&D phase….by the end of which the main technology choices would be made, b) an engineering design phase, the output of which would be the optimised technologies and a fully costed construction proposal , and c) a construction phase.” “the initial R&D design phase could be funded through existing funding routes and structures in the participating states with a light coordination. However..” “concurrent running of a LC with the LHC…a LC in 2015 could provide 5 years of concurrent running …importance of maintaining a viable community of physicists and engineers who would ensure the vitality of the field in future.” “ the technology choice report to be made by the International Committee for Future Accelerators (ICFA) group should be completed in a timely manner, on its proposed timescale by the end of 2004” the choice of site should be made as early as possible in the engineering design phase. *Canada (NSERC), CERN (President of Council and DG), France (CNRS), Germany (BMBF), Italy (INFN), UK (PPARC), and the US (DOE, NSF, OSTP).

  44. La lunga via per un LC …….passato • ILCSC:documento di consenso internazionale (9/4/2003) • ILC TRC: report 03 http://www.slac.stanford.edu/xorg/ilc-trc/2002/2002/report/03rep.htm in particolare: • International group of funding agencies: • ILCSC: riunione di Agosto 2003 futuro

  45. Paolo Checchia CSNI

  46. La lunga via per un LC …….passato • ILCSC:documento di consenso internazionale (9/4/2003) • ILC TRC: report 03 http://www.slac.stanford.edu/xorg/ilc-trc/2002/2002/report/03rep.htm in particolare: • International group of funding agencies: • ILCSC: riunione di Agosto 2003 futuro • Panel di 12 saggi per prendere la decisione sulla tecnologia da nominare entro il 2003 che deve decidere entro il 2004

  47. Studi per il Linear Collider: Partecipazione Italiana • Working group internazionaleINFN: 1 contact p. • Nuovo ciclo di studio ECFAINFN: 1 org. comm. • Incontri previsti 2003/2005 • Gruppi di Fisica e • Sudio del Rivelatore:INFN: 4 coordinatori • sperimentali da Bologna, Como, Milano, LNF, Padova, Torino, Trieste • Ricerca e sviluppo di rivelatori Paolo Checchia CSNI

  48. Conclusioni • Fisica di alta precisione richiede • Rivelatore di alta precisione • La quantità di risorse per R&D Rivelatore ( ma non solo ) in aumento • Non così in Italia • Programmi di sviluppo interessanti • Consenso internazionale su macchina a 500 GeV (x 2) • ma…. la strada per ottenere la macchina è tutt’altro che facile e ben definita Paolo Checchia CSNI

  49. Appendice Paolo Checchia CSNI

  50. p (GeV) Paolo Checchia CSNI

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