E. Iacopini CSN1: Trieste 19 settembre 2006. Ultimi risultati di NA48/2; Ultimi risultati di NA48/2; Analisi ancora in corso; Analisi ancora in corso;

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1 E. Iacopini CSN1: Trieste 19 settembre 2006

2 Ultimi risultati di NA48/2; Ultimi risultati di NA48/2; Analisi ancora in corso; Analisi ancora in corso; P326 R&D: P326 R&D: i) la situazione generale; i) la situazione generale; ii) dove siamo con i nostri R&D; ii) dove siamo con i nostri R&D; iii) attività prevista per il 2007. iii) attività prevista per il 2007.

3 Asimmetria K ± →  ±    

4 BR del decadimento debole della  0 (M.Piccini) (Draft dell’articolo pronto: referees interni all’opera) La misura è utile per la determinazione di V us : basandoci su oltre 6000 eventi di decadimento (255 di fondo; canale di controllo   →    →  p   ~600 000 ev.) si è ottenuto consistente con quanto ottenuto dai decadimenti semileptonici del K: l’incertezza è dominata dalla precisione di g 1 /f 1 ⇒ 1.20 ±0.05 E’ stato misurato anche il BR del decadimento  della X 0 bar, con 555 eventi (136 di fondo)], ottenendo (2.55±0.12±0.10)x10 -4.

5 Fattore di forma dal K 0  (M.Veltri) (Draft dell’articolo pronto: referees interni all’opera) Il decadimento K 0  consente l’estrazione di |V us | dalla misura diretta della quantità f + (0) |V us |. Il FF, oltre ad entrare nell’espressione di cui sopra, serve anche per il calcolo dello spazio delle fasi, per cui, è un ingrediente essenziale. Dal fit sul plot di Dalitz in E  E  (2.3*10 6 eventi) si è potuto determinare anche il termine quadratico dello sviluppo del FF vettoriale mentre non c’è evidenza di un termine simile in quello scalare, per il quale si è misurato in accordo con recenti risultati di Kloe, KTeV ed Istra

6 Rapporto BR decadimenti semileptonici K ± (Draft dell’articolo pronto: referees interni all’opera) Sempre nell’ottica di misurare |V us | dalla misura diretta dei BR semileptonici, assumendo l’universalità, il loro rapporto è un cross-check della correttezza della parametrizzazione dei loro FF che, in approssimazione lineare è tale che 

7 Asimmetria K ± →  ±    

8 Dalitz plot slopes dal decadimento K ± →       |M(u,v)| 2 ~ 1 + g u + h u 2 + k v 2 + … Più di un ordine di grandezza meglio di quanto riportato sull’ultimo PdG …

9   ±    (BR,DE,IB, preliminary result a ICHEP) ;       e + e - (info sulla inner photon conversion) ;   ±  (BR: test O(p 4 ) della  PT);     e + e -   99 ev.: idem + inner conv.; mai visto prima) ;  Ke4, per estrarre a 0 0 ; (0.251 ± 0.006 con ~ 670 000 ev)  Ke4 in due  0 (BR e FF: ~25000 ev) ;  K  4 (BR con ~2000 ev) ;  Ke3 radiativo (studio della violazione di T);  Cusp ( dati 2003+2004 e fit con nuovi modelli teorici) ;    (dal K L )  …

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11 Le minute del Research Board (June 7) sono finalmente disponibili: So: The P-326 scientific case is accepted The experiment is considered technically feasible with some further R&D The R&D is approved But: For the construction of the experiment extra Resources are needed

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13 Test Beams 2006 LKR –Beam: K12 –Dates: October 2 – October 15 –Co-ordinators: Fantechi & Ruggiero CEDAR –Beam: H6 –Dates: November 9 – November 18 –Co-ordinator: Cenci

14 Per varie ragioni, legate per gran parte alla situazione finanziaria “non esaltante” al CERN ed altrove, abbiamo dovuto rivedere lo sviluppo temporale dell’esperimento, per cui 2006-2007:  Intendiamo concludere gli R&D relativi a Gigatracker, Straw Tracker, LKr validation, Veti a grande angolo, RICH.

15 2008-2010 intendiamo procedere alla costruzione nuovi sottorivelatori, i.e. Gigatracker RICH STRAW tracker Magnete del secondo spettrometro Veti a grande angolo SAC + IRC Trigger, DAQ e slow control Mamud Non appena approvati, nel triennio

16 2011-2013: Data Taking La proposta iniziale (2009-2010) è divenuta irrealistica anche a causa del ritardo causato dall’allungamento dei tempi di approvazione e alla attuale carenza di risorse finanziarie. Abbiamo previsto un terzo anno di presa dati (2013) assumendo che il primo (2011) sia di commissioning. Notare che, per quel tempo, dovremmo essere il solo esperimento in ECN3 e non dovrebbe più esserci alcuna competizione per i protoni per CNGS. Data Analysis: almeno fino al 2015 Il completo sfruttamento dei 10 13 decadimenti osservati richiederanno, verosimilmente uno sforzo di analisi di almeno due anni, successivamente alla fine del data taking

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19  Il Gigatracker (FE+TO+CERN)  Il sistema di veto (LNF+PI+RM1+NA)  Il trigger (PI+RM2)  Il RICH (FI+PG+CERN)

20 Per consentire una sufficiente risoluzione nella massa mancante K- , il GT deve poter misurare l’impulso delle particelle del fascio ( , K, etc …) con  p/p < 0.5% e con risoluzione angolare  ~ 15  rad e con risoluzione temporale  t  ps, poiché questo deve accadere in presenza di un rate di circa 800 MHZ di particelle  (di cui solo 50 MHz fatto da K …). GT Il GigaTracker

21 Niels Doble: Dubna meeting, Sept 2006 Sono state recentemente riviste le dimensioni del fascio, da 48 x 36 mm 2 a 60 x 27mm 2, permettendo così una disposizione di 5 sensori su doppia fila orizzontale, con lettura del segnale da un solo lato (sopra o sotto …): 5x2 sensori da 12x13.5 mm 2, ognuno con 40 x 45 pixels da 0.3 x 0.3 mm 2, per un totale di 18000 pixels per stazione. Il Beam

22 Uno dei problemi del GT è certamente la resistenza alla radiazione: In un giorno di run di P326, la dose accumulata è quella equivalente a 2 x 10 12 neutroni (da 1MeV) per cm 2. Sono stati previsti alcuni test di irraggiamento sui sensori (Si FZ): I primi 6 diodi sono stati irradiati in Ljubljana al reattore TRIGA (da 10 12 a 2x10 14 n/cm2), con risultati in accordo con la letteratura esistente (in almeno 5 casi su 6 …) I diodi erano tenuti a 30V di bias durante l’irradiazione e immediatamente dopo sono stati posti in freezer (-20°C) per rallentare il rate di  annealing. Radiation hardness  Un altro test è previsto al CERN nel 2006 ed almeno altri due nel 2007 (usando anche Si Czochralski) Al momento, comunque, in base ai risultati ottenuti, stimiamo in 15±5 giorni il tempo fra due sostituzioni successive.

23  No problems in bump deposition or dicing.  Initial problems with photoresist track fixed. Remaining issue: Dirt observed on all reprocessed wafers during visual inspection (standard procedure). >> Causes problems during leveling in flip-chip process. It can affect bump yield. Additional cleaning step by VTT not successful. Not expected to be a problem for future wafers. VTT/S.Savolainen-Pulli Chip Bonding Tests  Several wafers produced by IRST sent to VTT for processing  Wafers reprocessed by IRST>> Bow is strongly reduced  Process 2 reprocessed wafers through full production chain using ALICE readout chips  Bump depositon  Bonding of 5 readout chips to 1 sensor

24 GigaTracker Front End Scelta la tecnologia più recente: 0.13  m Disegno del primo prototipo in fase molto avanzata, composto da Preamplificatore Discriminatore (ToT, CFD) TDC (PLL) Manca solo il layout finale previsto per fine 2006, a cui seguirà la fusione (in. 2007) La seconda fusione forse a fine 2007 … 1.12 GHz 893 ps G. Mazza

25 Devono contribuire al veto del decadimento K + →     (BR=21.16%) (insieme al LKr, SAC ed IRCs). Dato che il   ha almeno 40 GeV, si tratta di vetare  di energia >1 GeV (nel LKr > 10 GeV), con inefficienze fra 10 -4 e 10 -5. Veti a grande angolo

26 -12 counter rings, 4 different sizes, 28 m 2 surface; - Depth > 17 X 0  - Have to operate in vacuum with extremely high efficiency; - Good time (and energy) resolution Still 2 technologies under study 16 modules/ring, structure with lead/scintillator tiles + WLS fibers 2 circular sectors/ring, structure with lead/scintillating fibers Large Angle Vetoes

27 KLOE calorimeter prototype: 50 cm length Both sides instrumented, 1+1/8’’ PM’s Read out granularity: 4.2×4.2 cm 2, 30 channels Test using e ± beams at LNF Beam Test Facility (BTF) Energy from 50 to 500 MeV from 1 to few tens of electrons/pulse 10 ns pulses / 49 pulse s -1 We started from - Protvino prototype with lead/scintillator tiles, - read out by WLS fibers - 20 layers Pb/Sci: depth of ≈ 3.8 X 0 - Read out: 1 green-extended PM Electron mistagging prob.: ~ 10 -3 !...

28 - Use CKM prototype: 2 sectors, Sandwich 1mm Pb/5mm scintillator (Bicron) Readout with Bicron WLS fibers and 8 PMs -Official request September 2005 FNAL requested a Memorandum of Understanding Sent by INFN to FNAL for signature in April 2006 -As of now, it is packed in a box at FNAL, but still some internal DOE bureaucracy … Next Test-beam - Greatly reduce e-mistag probability - Should be possible to use a photon beam [with tagging !] - Possibly, to test also the spaghetti prototype … beam-time in October and November 2006

29 Inner radius and depth equal to design values for the smallest rings Radial thickness h = 1/3 of the design value Performance to be studied with tagged  beam - Financed the construction of a “U”-shaped lead/scintillating-fiber calorimeter prototype 60 cm 25 cm h = 12.5 cm beam Activity in 2006: new prototype Optimization in the distribution of the scintillating fibers: sampling fraction higher at the beginning than at the end of the shower development Impact direction Lead “wires” 12 X 0 13 X 0 Pb:fibers:glue = 42:48:10 by volume Pb:fibers:glue = 66:24:10 by volume

30 - - G4 simulation of Large angle veto (tiles) Full simulation of all veto rings, with average photo-electron light-yield - - G4 simulation of single tile Detailed simulation of one single tile, including optical photon transport in scintillator and fibers, reflections on wrapping, photocathode Q.E., etc. The goal is to have a matrix of response to be inserted in the full simulation as a parametrization Simulations

31 Per il 2007 …  Scelta della tecnologia dei veti (tiles vs spaghetti), da fare sia sulla base dei risultati dai TB 2006 e 2007, come anche in relazione al costo (max 3.2 M€ ), che, al momento, sembra favorire la soluzione a tiles con scintillatore russo;  disegno meccanico dell’anello;  integrazione della simulazione nel MC generale;  costruzione di un piccolo prototipo (2 settori) usando i materiali e le soluzioni scelte per la produzione finale, in modo da validare le scelte fatte;  start del software di ricostruzione;  scelta dei PM e dell’elettronica di R/O

32 Trigger & DAQ concepts 11 MHz K + decays + muon halo (1) Simple hardware L0  1 MHz (Hodo: >1 track, RICH+CEDAR, Mamud in veto, LKr e Anti in veto …) (2) Read-out of complete data into PCs (3) Single-subdetector software L1 (4) Event building (5) Full-event software L2-L3 (6) Tape logging in Computer Centre

33 RICHMAMUDANTI LKRCEDARGIGA L0 … … PC SWITCH CDR PC L0 MODEL - IMPLEMENTATION L0 1 MHz O(kHz) Dati Primitive L0 trigger STRAWS

34 High-performance links to PC The data flow is un important issue in P326: only from the LKr, 65 GB/s have to be transferred into PC … 3 main solutions being considered so far: 10 GbE Infiniband New APE-net link Mandatory use of PCI-Express (becoming standard) Expect at least 20GB/s memory BW Expect at least 2GB/s in + 2GB/s out + computation in 1 PC

35 10 GbE Commercial standard Copper (<15m) or optical (<300m cheap) Still expensive: today ~ 1-4K$/NIC, ~ 2K$/port, but expect large price drop if it takes over Cables 200$-1K$ TCP offloading engine needed: CPU 100% -> 20% (starting to be available now), RDMA Infiniband Commercial standard (pro and contra) Copper (<15m) or optical 10Gb/s now (up to 120Gb/s theo) Much cheaper than 10GbE, today: ~ 250$/NIC, 300$/port, future not clear (to me…) RDMA capability Large switches available Test previsti a PI

36 APE-net solution Fast link developed by INFN et al. for APE Commercialized version (PCI, 500MB/s) not suitable for P-326 New PCI-Ex version can have 1600 MB/s per link Full control of design and SW, full availability of TX Estimates for LKr: 130 boards x 100 ch/board = 65 PC total: 130 x (700€ RX + 200€ TX + PC/2) Rome2 group (+ A. Fucci) started R&D for new PCI-Ex board

37 I bus per PC PCI Express e` il bus del futuro ! http://www.pcisig.com RM2 intende iniziare con lo sviluppo di una scheda PCI-E x4 (I) per la lettura del LKr, con 64 canali/scheda (200 schede per tutto il LKr …).

38 Il RICH

39 RICH: the job(s) K  2 rejection (1.2 evt/y vs 65 signal evt/y): 10  (Kinem.),10  (MAMUD),5×10  (RICH); Separate  at  3  from 15 to 35 GeV/c; Off-line time resolution:  100 ps; Trigger capabilities; Allow a good Ke2/K  2 discrimination; Auxiliary spectrometer

40 RICH set-up Radiator: Neon @1 atm: (n  1)=67×10 -6  threshold: 12 GeV/c (15 GeV/c for full eff.) Length: 18 m (5.6% X 0 ) Focal: 17 m 2 mirrors (eff.) 2000 PMTs Hamamatsu 7400-U04 Pixel size: 18 mm Single Anode PMTs Matrix on the focal plane, with compact hex packing 18 m 17 m 2.8 m

41 Reflected  Incident  Y(m) X(m) Mirror reflectivity: 85% (flat over ) Quartz window transm.: 90% PMT packing acceptance: 90% Funnel coll.eff.: 85% Quantum eff. Max: 21% Q.eff. int. over  energy: 0.8 eV

42 Resolution in the Cherenkov angle Mirror quality factor D 0 = 4 mm (F=17m)

43 N.of Sigmas  separation … from the simulation, we are safely above 3  @ 35 GeV/c... Momentum p measured by the straw-spectrometer …

44 RICH prototype Allo scopo di verificare la correttezza della simulazione quanto a  risoluzione angolare,  numero di fotoelettroni,  risoluzione temporale e quindi poter giungere poi ad un disegno del RICH finale, abbiamo ritenuto (FI+PG+CERN) che fosse necessario passare attraverso la costruzione di un prototipo, il quale  sia della stessa lunghezza di quello finale (L=18m),  lavori, come quello finale, con Ne a 1atm (  =11.6 mrad),  monti uno specchio sferico di focale e qualità finale, i.e. F~17m, D 0 =4 mm Quanto al diametro, dovendo lavorare su un fascio collimato,  basta solo di 60cm. Vogliamo realizzare questo prototipo e testarlo per la fine del 2007, sul nostro fascio estratto K12, fatto di  , K , e  … a 75 GeV/c, dove è possibile i)un’intensità fino a 500 000 ppp (@ 10 12 pot), ii)un  p/p = 1.3%, iii)una divergenza del fascio < 0.1 mrad (forse, addirittura di 30  rad), iv)un raggio del fascio di circa 7 mm.

45 Test Beam Simulation Disponendo di tutti i circa 300 PMT utili … Fit con 3 dof Fit con 1 dof K  e

46 54 PMT su 6 spots (MC )  e Fit con 1 dof: ± 0.099 mrad (1/3 in meno di fotoelettroni …)

47 Conclusioni NA48/n, pur avendo concluso le analisi “clou” per cui le varie fasi /n erano state pensate, ha ancora una nutrita attività di analisi per il 2007. Il programma esposto di R&D per P326 relativo al 2007, è cruciale per poter arrivare ad un TDR dell’esperimento, sulla base del quale chiedere poi l’approvazione alle varie Funding Agencies.