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Il progetto P recision P roton S pectrometer 1 Nell’ultimo anno CMS e TOTEM hanno lavorato assieme per proporre un programma di fisica combinato. Questo.

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1 Il progetto P recision P roton S pectrometer 1 Nell’ultimo anno CMS e TOTEM hanno lavorato assieme per proporre un programma di fisica combinato. Questo ha dato luogo alla nascita del progetto CMS- TOTEM PPS, che somma le potenzialità dei due rivelatori Il Memorandum of Understanding tra le due collaborazioni è in via di definizione, sarà completato nelle prossime settimane. CMS – TOTEM PPS sarà il primo rivelatore ad offrire una copertura di circa 16 unità di rapidità: CMS – TOTEM : coverage |  | < 8 Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

2 2015: CMS- TOTEM PPS 2 Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS  TOTEM Roman Pots (RPs): detect protons scattered from diffractive and photon induced processes  TOTEM T1/T2 tracking stations at very forward angles  CMS Forward Shower Counters (FSC) covering |η| ~ 6-8  CMS full event information |η|< 5 TOTEM T1, T2 TOTEM RPs (220m) Forward Shower Counters (59-114m)

3 PPS Physics aide memoire 3 Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

4 CMS - TOTEM Approval steps 4 Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

5 Il nome del progetto… 5 Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

6 PPS: Data Taking Phases 6 Phase I (after LS1): low luminosity running (1-10 pb -1 ) (no new detectors) 1. Common data-taking using TOTEM in the forward region 2. Use cylindrical RP for impedance/detector studies for phase II 3. Develop the Movable Beam Pipe for phase II Phase II (after LS years): high luminosity running. (1-10 fb -1 ) 1. Replace the TOTEM silicon strips with rad-hard pixel detector 2. Insert new timing detectors Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS protone 2 pots for Timing 2 pots for Tracking

7 CMS - TOTEM Detector, phase II 7 Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS Usare z-by-timing per selezionare il vertice giusto Scopo del rivelatore: Rilevare i protoni in avanti con precisione ~ 30 micron Associarli al vertice giusto usando z-by-timing, 10 ps

8 Baseline for Tracking Detectors  2 tracking stations per side, each consisting of 6 silicon detector layers  Each layer: 2x3 module of 3D silicon sensors readout by the PSI46dig ROC and TBM08 ASICs developed for the CMS phase 1 upgrade PPS Port Card The design will be derived from Fpix upgrade design, specifically the Pilot Run upgrade detector Readout controller chip The use of the digital CHIP read- out chain allows synergy with the tracker upgrade group The PPS – tracking group: Torino, Genova, FERMILAB, Rio de Janeiro (all CMS members) Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS 8

9 L’IMPEGNO ITALIANO Due gruppi italiani coinvolti sul tracciatore e coordinazione  Torino : 3 – 4 FTE  Genova : 1 – 2 FTE Il gruppo di Torino ha lavorato negli ultimi anni allo sviluppo di rivelatori al silicio 3D – pixel Wire bonding Lab setup with climate chamber Laser scan setup Scheda di test per il chip digitale appena arrivata Support from: INFN Mechanical lab INFN Electronics lab Collaborazione con FNAL and DESY su testbeam 9

10 PPS Pixel tracker Timeline 10 Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS TDR: Sensor design: electrode configuration, slim/active edge, thickness 2014: Dedicated sensor pre-production Early 2015: Laboratory and beam tests 2015: Final design and production

11 11 Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS Back-up

12 CMS - TOTEM PPS: l’impegno italiano 12 Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS Il gruppo di Torino ha lavorato negli ultimi anni allo sviluppo di rivelatori al silicio in tecnologia 3D – pixel Questi rivelatori sono al momento la “baseline” del PPS, per installazione nel FERMILAB sta lavorando all’elettronica di lettura. La baseline del progetto prevede l’utilizzo di PS46Dig. Il gruppo PPS – tracking è formato dai seguenti gruppi di CMS: Torino, Genova, FERMILAB, Rio de Janeiro.

13 Accettanza 13 Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS Pixel planes Timing

14 CMS - TOTEM PPS Hardware per Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS 1)A tracking detector (silicon based) to measure position  Position and angle, combined with the beam magnets, allows to determine the momentum of the scattered proton 2)A timing detector, to measure time.  Timing measurement (Cherenkov based) from both sides allows to determine which vertex the protons are coming from (in events with leading protons on both sides) and reject pile-up (proton from different pile-up collisions) Pixel planes Timing

15 WHY 3D SENSORS? 3D interesting features:  Low depletion voltage  High radiation hardness, also for inhomogeneous irradiation  Slim edges, with dead area reduced to ~100 μm Active edges, with dead area reduced to a few μm  Spatial resolution comparable with planar detectors 3D sensors consist of an array of columnar electrodes [r ∼ 5µm] of both doping types which penetrate in the silicon substrate perpendicularly to the surface. Electrode distance and active substrate thickness are decoupled Wishes for PPS sensors: Slim edges : dead region < 100  m Tolerance to inhomogeneous irradiation : > 5 x10 15 n eq /cm 2 close to the beam, much less on the opposite side Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS 15

16 I SENSORI NEL 2014 Piano a breve termine (ora – giugno 2014):  Studio delle performance dei sensori 3D letti dal ROC PSI46dig  sensori 1E nei wafer prodotti per ATLAS IBL (attualmente a IZM)  Scelta della configurazione degli elettrodi (1E, 2E, 3E, 4E)  imminente run di sensori FBK con vari layout ( e slim edge ~100  m) ) Piano a lungo termine :  Disegno e preproduzione dedicata di sensori per PPS (estate 2014)  Test sensori preproduzione (laboratorio pre/post irraggiamento e test beam)  Disegno e produzione finale (2015) 16 Inter-electrode distance: 90 μm (1E), 62.5 μm (2E), 45 μm (4E) 2E scelta favorita al momento, ma 3E ancora da provare Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

17 ATLAS IBL RESULTS ON IRRADIATED 3Ds Main IBL requirements: Slim edges: dead region < 225 mm Hit efficiency > 97% after 5 x10 15 n eq /cm 2 of irradiation Test beam results for a CNM irradiated 3D detector (t = -15 o C): Inefficiency at columns (not sensitive areas) Overall efficiency: 97.5% (99%) at 0 0 (15 0 ) 15 0 corresponds to IBL tilt angle Slim edge ~ 200  m Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS 17

18 PSI46dig Readout Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS 18

19 PPS port card Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS 19


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