Un Gigatracker per

K → π υυ
+
+
Un Gigatracker per
NA48/3 – P326
Mara Martini
Università di Ferrara
Cosa vogliamo misurare
BR( K+ —> π ν⎯ν ) = ( 8.0 ± 1.1 ) x 10 -11 in SM @ NLO
PK = 75 GeV/c
Accettanza ~ 10%
Goal of P326
Regione 1
Regione 2
S/B = 10
~10-12 rejection
80 eventi in 2 anni di presa dati
2 modi per eliminare il fondo
π+
cinematica
Veto e PID
23-giugno-2005
Mara Martini
2
Fondo riducibile con la cinematica
⎛
⎛
P ⎞
P ⎞
2
mmiss
= mπ2 ⎜ 1 − K ⎟ + m K2 ⎜ 1 − π ⎟ − PK Pπ θ K2 π
Pπ ⎠
PK ⎠
⎝
⎝
Decay
BR
Kμ2
0.634
π+π0
π+π+π(π0π0)
0.211
0.070
92% del fondo totale
Permette di definire la regione del segnale
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Cinematica: Gigatracker + 2 Spettrometro
Le informazioni dal Gigatracker permettono la coincidenza del π+
visto nello spettrometro con il K+ decaduto.
La risoluzione
è limitata dal MS.
Gigatracker:
4x10-3 X0 per stazione
misura PK
misura (x,y,z)K
misura θK
•
Spettrometro:
• 5x10-3 X0 per camera
• misura Ptrack x 2 volte
• misura θtrack
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Visione globale nel fascio
10 MHz kaon decays
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Il Gigatracker
2 stazioni di Pixel posizionate lungo il percorso del fascio di P326, piu' precisamente
nella regione del secondo achromat, dove il fascio viene deviato di -40mm in
direzione verticale e riportato in posizione dopo circa 6 metri e una terza stazione
equipaggiata con una Fast-TPC a la Kabes.
12.32m
fascio
rate ~1GHz
maggior parte
π, solo 6.5% Κ
40mm
6.05m
Spibes 2
86.731m
from T0
Spibes 1
80.681m
from T0
final collimator,
decay volume,
detector
FTPC
99.051 m
from T0
87m
Ch1
204.850m
from T0
σ(t) ~ 100 ps/track → S/B ~ 25
σ(p)/p <0.5% (Spibes 1,2)
σ(Θ) ~15 μrad (Spibes2, FTPC)
X/X0<<1% minimo materiale sul fascio → minima deviazione dovuta al MS
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Il tracking a 1GHz nel fascio
Dimensioni fascio
@ GT: 36x48 mm2
rate max:
1.9MHz/mm2 (3 pos),
rate medio:
56 GHz/cm2
rate totale:
~1 GHz (solo 6% K+)
Per il chip di r/o il processo litografico si
applica a dimensioni al massimo di 20-21 mm →
l’area del fascio viene coperta con
due mezzi rivelatori
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SPIBES: Silicon Pixel Beam Spectrometer
Rivelatore a pixel di silicio ibrido:
sensore (200 μm) bump bonded
al chip di readout (100 μm)
Sensore: esperienza di Alice p-on-n
GEANT4
200 μm
300 μm
400 μm
200 μm → (5-15) x 103 elettroni
r/o chip: esiste 150μm (Alice). Si cerca di
ridurre ulteriormente ( ‼ fragile ‼)
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Esposizione a la radiazione
Sensori : danni al materiale
variazione nel tempo delle
caratteristiche elettriche anche
dopo l’irraggiamento
¾ aumento di Ileak
Æ raffreddamento
¾ cambiamento di Vd
Æ inversione tipo n –tipo p
Æ campi troppo alti
CMOS r/o chip: danni alla superficie
¾ Total Ionizing Dose (TID)
ossidazione e difetti in SiO2
¾ Single Event Upset (SEU)
random bit on/off (ridondanza)
Flusso medio di particelle
Фeq ( 1 MeV n)/ cm2 ~ 2.7x10 11 al giorno Æ ≥ 1012 si ha inversione di tipo.
(3x1014 CMS pixels in 1 anno)
TID max ~ 2 Mrad in 100 giorni
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Mara
Martini2 settimane
sostituzione
ogni
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Dimensioni della cella
risoluzione
Risoluzione totale della
σ(m2miss) ~ 1.1×10-3 GeV2/c4
GEANT Montecarlo di tutto il
tracciamento + sovrapposizione
di eventi accidentali nel GT
(3 stazioni di 0.4% X0)
Pixel 200(V) x 300(O) μm 2
300(V) x 300(O) μm 2
pK
ΘK
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GOOD ENOUGH !!
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Risoluzione temporale
fondo
If σ(t) = 100 ps per la traccia nella finestra
di coincidenza di ±2σ(t) gli eventi con più
di una traccia nel GT sono ≥ 30% .
Il 3% vengono associati non correttamente
S/B ~ 25
La risoluzione temporale è
riportata per varie ampiezze di
impulso in funzione della costante
di tempo del segnale formato.
il contributo del
rumore è ~ 50 ps
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Un commento sul chip di lettura
La necessità di una risoluzione temporale di 100 ps/track richiede la concezione di
un chip di read-out complesso con circuiti analogici e circuiti digitali ad
alta frequenza che condividono lo stesso substrato:
‰ discriminatore (low time walk)
‰ TDC
‰ circuiti preamplificatore e formatore veloce
‰ periferici per incanalare le informazioni
Per la realizzazione esistono due opzioni tecnologiche :
‰ CMOS 0.25 μm
ben conosciuta e caratterizzata nei suoi aspetti di prestazioni analogiche e di
tolleranza alla radiazione. Le prestazioni pero’ potrebbero non essere sufficienti.
Simulazione per la fine dell’anno per prendere decisioni “negative”.
In questo caso i costi sono relativamente contenuti.
‰ CMOS 0.13 μm
di prestazioni superiori sia per quel che riguarda la compattezza che la
dissipazione di calore è attualmente in fase di caratterizzazione, per quanto
riguarda le prestazioni analogiche e la tolleranza alle radiazioni
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Mara Martini
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Conclusioni
™ motivazioni e fattibilità per il Gigatracker
™ piano di lavoro che riguarda il sensore (M.Scarpa)
™ piano di lavoro per la tecnologia (A.Rivetti)
™ visione globale dell’organizzazione (G.Stefanini)
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