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Stato e prospettive di ZEUS a HERA Risultati dell’upgrade di luminosità Problemi di background Stato di ZEUS Stato dei detectors italiani in ZEUS Prospettive.

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Presentazione sul tema: "Stato e prospettive di ZEUS a HERA Risultati dell’upgrade di luminosità Problemi di background Stato di ZEUS Stato dei detectors italiani in ZEUS Prospettive."— Transcript della presentazione:

1 Stato e prospettive di ZEUS a HERA Risultati dell’upgrade di luminosità Problemi di background Stato di ZEUS Stato dei detectors italiani in ZEUS Prospettive

2 Motivazioni per l‘Upgrade di Luminosità in HERA Luminosità di design superata con 2 x cm -2 sec -1 Curva di produzione annua in saturazione nel 2000 con ~70pb -1 /anno Si vuole integrare 1 fb -1  UPGRADE  =185 pb -1 HERA Luminosity

3 Diminuita la sezione del fascio nel punto di interazione: Low Beta Quadrupoles vicini all' I.P. Separazione dei fasci dentro il rivelatore Fasci polarizzati anche in ZEUS e H1 con nuovi spin rotators NB eliminati magneti compensatori  necessaria polarizzazione longitudinale in ZEUS e H1 Ricostruiti 240m di linea di fascio molto complessa

4 Polarizzazione Due nuovi polarimetri Lpol: upgrade in gennaio 2003 Tpol: già aggiornato Goal:  P/P<0.01

5 Risultati Problemi con il background nei detectors  correnti limitate Allineamento molto piu` delicato, risolto con “beam based alignment” Luminosità specifica di design: 1.88*10 30 cm -2 s -1 mA -2 raggiunta (1.68 *10 30 ) H1 ha misurato recentemente 2.0 *10 30 Luminosità istantanea pre-upgrade raggiunta Ancora da verificare Luminosità con alte correnti per bunch Polarizzazione Ottica e - (finora run con e + )

6 Serio problema di background Possibili sorgenti di background in HERA: radiazione di sincrotrone e-gas p-gas (e  scraping, p scraping) I fondi non sono indipendenti e-gas, p-gas dipendono dalla radiazione di sincrotrone, che provoca fuoriuscita di gas dalle pareti e dai collimatori p scraping puo` dipendere dall’interazione dei protoni con gli elettroni (emittance blow-up)

7 Un po` di storia Inizialmente, fondi e,p dovuti a cattive efficienze di iniezione, magneti disallineati etc. Successivamente, si e` evidenziato un fondo di radiazione di sincrotrone diretta –Curato in primavera, modificati e aggiunti collimatori Attualmente, a correnti piu` alte, ancora fondi non immediatamente curabili con operazioni di ottica in HERA –Problema principale sono le correnti nei tracking detectors –Trigger sostenibile con un opportuno tuning  Formata task force per studiare il problema e proporre soluzioni

8 ZEUS backgrounds, work in progress Ampio gruppo di studio, da circa 3 mesi –ZEUS+H1+HERA –Run di test coordinati da HERA, confronto tra macchina ed esperimenti, ottima collaborazione tra esperimenti e con HERA 5 teams in ZEUS per preparare lo status report –Trigger rates, Particle backgrounds: N.Brummer, R.Carlin, S.Chekanov, S.Limentani, Y.Yamazaki –Simulazione della Radiazione di Sincrotrone: I.Bloch, N.Coppola, K.Klimek, S.Paganis, S.Schlenstedt –Simulazione del Particle background: C.Catterall, J.Cole, T.Haas, U.Koetz, G.Levman, W.Schmidke, E.Tassi, T.Tsurugai –Studi con il CTD: D.Bailey,R.Hall-Wilton,J.Hamilton,M.Sutton –Solution concepts: E.Lohrman, B.Loehr, U.Schneekloth, W.Zeuner Calendario: –27/8, 11/9 Large background meetings –~ 15/9 Documento al Direttorato –29/9 Hera coordination meeting  Decisione su come agire Studi e test continuano

9 Radiazione di Sincrotrone 30kW di potenza irradiata in SR (ZEUS) dalla separazione dei fasci: E crit 120kEV(Electrons) 30kW di potenza irradiata in SR (ZEUS) dalla separazione dei fasci: E crit 120kEV(Electrons)

10 e-beam I P -90m: BI 6 mrad (spin matching) -60m: BH 3 mrad - 40m: BN 2.5 mrad Luce di sincrotrone non solo dagli ultimi magneti !  collimator at -56m Old orbit  collimator at -19m  collimator at -66m (fixed)  halo collimator at -5m  collimator vertical at -6m -6m: GO 8.2mrad particle collimator at -42m particle collimator at -15m P-beam nuovo, era stato trascurato “Chicane” Raccordo all’orbita precedente Soppressione di e  di bassa energia Essenziale evitare che la radiazione colpisca direttamente l’apparato Necessari numerosi collimatori, per gestire radiazione diretta e riflessa

11 Problema: Correnti nel CTD molto alte anche con soli positroni 2000

12 Cause: 1.Luce di sincrotrone riflessa due volte nella regione rear del CTD 2.“Sneaktrough” Radiazione primaria Radiazione riflessa CTD ZEUS beam pipe Collimatori C5A, C5C per proteggere la beam pipe dalla radiazione riflessa MVD

13 Identificazione  Luce arriva in ritardo (riflessa a 11m)  distribuzioni tempi deriva nel CTD con bunch isolati Estrazione frazione BG dovuto a  vs energia del fascio  E 4 Energy Scan

14 Nuova accurata simulazione  Fotoni generati lungo la linea di fascio a partire da 100 m, comprese code non gaussiane e spettro di energia Assorbitore a 11m Riflessione a 11m Riflessione in C5A (0.8m) C5A

15 Simulazione  Spettro riflesso dall’assorbitore più soft di quanto calcolato inizialmente Numero e posizione dei fotoni che entrano nel CTD Non ancora simulate le interazioni dei fotoni nel CTD Accordo ragionevole (riduzione di un fattore ~10 8 ) Spettro fotoni riflessi Posizione HIT nel CTD Sneaktrough

16  soluzioni 1 Spostare C5A ~105 cm Correzione C5C (elimina sneaktrough) Schermo piombo (~2mm) attorno a C5A Riflessione da C4

17  soluzioni 2 Assorbitore mobile a 3.6 m guadagno ~2 Coating su assorbitore 11m guadagno ~1.9

18 Molte possibilità di miglioramento Simulazione soddisfacente ma da rifinire –Verificare con ottica e - -Simulare l’interazione dei fotoni nel CTD -Considerare altre sorgenti di backscattering Insieme delle soluzioni dà miglioramento ridondante  Decidere in funzione degli altri backgrounds Modifiche comunque impegnative Sostituzione collimatori Necessario accesso, rimozione magnete GG  Conclusioni

19 e-gas: origine del problema Elettroni di bassa energia a causa di e-gas bremsstrahlung Vengono deviati verso la beam pipe dall’ultimo bending magnet, che ora e’ dentro ZEUS  Non è più possibile collimarli come prima dell’upgrade Interagiscono con la beam pipe o con il collimatore C5A C5A lower momentum e

20 C5A Blu: Fotoni > 100 keV Rosso: Eletroni > 100 keV e-gas: origine del problema Simulazione: gli elettroni interagiscono in C5A ma anche nella beam pipe e nel calorimetro

21 e-gas: quanto pesa? ~15% rispetto alla radiazione di sincrotrone, ma solo a basse correnti (~4mA) e-gas non è lineare con Ie: e-gas  I e *gas gas  I e  e-gas  I e 2 Trigger proporzionali a e-gas

22 e-gas può diventare importante ad alte correnti di fascio Safe limit Contributo totale e-gas Radiazione di sincrotrone NB corrente massima e  ~ 58mA Plots normalizzati con e-gas~20% SR~80% a 4mA  Estrapolazione azzardata Condizioni di vuoto ~ 10 Agosto Nuovi dati a 20mA  4mA in un unico run in analisi Primi risultati (oggi) favoriscono esponenti piccoli.

23 e-gas: soluzioni Vuoto upstream ancora cattivo Frequenti aperture nel 2002 Verificare tendenza nel tempo Ulteriori pompe? Minimizzare spessore di C5A Attualmente 5.1 cm Se lo spettro  è ben riprodotto dalla simulazione 0.5 cm sono sufficienti per assorbire la radiazione di sincrotrone

24 Differenze tra e + ed e - IP p(e-) p(e+) e+ e-e- e+ - e- Switching magnet 8mm Separator magnet to arc soft separation per e  meno radiazione di sincrotrone (fattore 2)soft separation per e +  meno radiazione di sincrotrone (fattore 2) fascio più centrato per e  meno scattering dovuto a e-gasfascio più centrato per e -  meno scattering dovuto a e-gas  Probabili condizioni per e-gas migliori con e - ee-ee- ee+ee+ C5A

25 fondi p-gas Problema: Rates di trigger che risentono di p-gas crescono molto rapidamente con Ie  Vuoto dinamico cattivo Correnti nel CTD alte, anche con soli protoni (inizio) 1998 (fine)

26 Simulazione p-gas MC Data MC generato da –3m a 0 p-gas confronto dati-MC Scattering su C5A

27 p-gas Correnti nel CTD ~ fattore 10 da guadagnare estrapolazione indiretta, errore grande Trigger rates Eventi da C5A difficili da tagliare al primo livello  Dominanti a livello di trigger Dimensioni evento (MVD) enormi  Uso del nuovo tracking trigger al secondo livello (GTT) safe Correnti nel CTD vs Ip, Ie (estrapolazione) Cosa fare? Minimizzare C5A Vuoto: vedi e-gas

28 beam scraping (assente) non c’è evidenza di particle scraping o luce di sincrotrone diretta non ci sono possibilita` di ridurre i fondi semplicemente con beam tuning Effettuati tutti i possibili scan di posizione e angolo per entrambi i fasci. Si ottengono sempre plot a “vasca da bagno”

29 Background: summary Radiazione di sincrotrone –Studi complessi, ora molto avanzati –Ancora molte verifiche incrociate –Molte soluzioni possibili ma necessari interventi sostanziali sull’area sperimentale Particle background –Ridurre il più possibile / spostare C5A –Serve deciso miglioramento del vuoto –NB S.R. più intensa a valle di IP rispetto al passato Nel 1998 vuoto aperto ~ 1 anno per raggiungere il plateau Miglioramento sensibile in un mese di run (beam bakeout)

30 Background: outlook Si pensa ad uno shutdown di ~ due mesi per modificare i collimatori ed eventualmente le pompe deve essere l’ultimo necessario completare e rifinire gli studi serve tempo per disegnare e costruire il nuovo hardware essenziale fare funzionare la macchina per un po’ per pulire il vuoto commissionare i nuovi detectors prima dello shutdown modificare l’ottica per passare ad elettroni (?) verificare simulazioni e comprensione fenomeni provare la polarizzazione Decisioni probabilmente a fine mese, ma shutdown non immediato (gennaio?)

31 Stato di ZEUS

32 In generale, detector in presa dati Aggiornate macchine e software dell’Event Builder e del Trigger di Terzo Livello (ora PC-Linux) Trigger aggiornati per nuova luminosita` e fisica Tight trigger per rigettare p-gas background Running conditions accettabili Distribuzioni su eventi ep ragionevoli z vertex C5A

33 Classico evento DIS, Q2=352 (agosto 2002)

34 Nuovi rivelatori Lumi e-e- e+e+  Misura basata su  di bremmstrahlung ep Calorimetro  fornisce già luminosità di routine a HERA e ZEUS Spettrometro in fase di commissioning, luminosità concorda entro il 20% Entrambi forniscono la misura della posizione del fascio e , essenziale per beam tuning EE

35 STT StrawTubesTracker: In fase di calibrazione (halo muons) Problemi: 20% schede FE con fusibile rotto Un po’ di cross-talk tra i piani TUTTI i condensatori Ta invertiti Vita media misurata in lab > 2 anni Si stanno considerando varie opzioni nel prossimo shutdown

36 Rivelatori Italiani BMU (barrel and rear muon) –Stabile –Correnti dovute a p-gas accettabili –Serve schermatura per radiazione di sincrotrone FMU (forward muon) –Stabile –Correnti alte nel piano più esterno di LST –Probabilmente necessarie schermature MVD (micro vertex detector) –~20% responsabilià italiana

37 MVD

38 MVD: stato MVD operato correntemente dalle persone in shift –Accensione, presa dati –Run di pedestals, TestPulse, curve IV Soddisfacente transizione dalla fase “expert mode” a componente stabile –Problemi di DAQ non più di 1/week Problemi: – umidità dell’aria >55% a volte impedisce l’accensione Dovuta all’aria convogliata per impedire ghiaccio in GO ! Soluzione in qualche settimana –data size e latency  background Studi rallentati dai problemi di background –Pochi run di ep con tracker accesi –Manpower: esperti concentrati sugli studi di background

39 Situazione canali: Barrel MVD Moduli mascherati: Cyl 2 Lad 2 Mod 4 Cyl 2 Lad 5 Mod 0 Hyb 1 Cyl 2 Lad 8 Mod 3 Cyl 2 Lad 15 Mod 4 Hyb 1 Misura del noise per ogni canale (1 ladder=1024*5 canali per istogramma)

40 4 wheels con 14 segmenti ciascuna. 1 2 FMVD Nessun modulo guasto Forward MVD

41 Numero modulo Numero canale Test Pulse Scan Procedure di Data Quality Monitor automatiche Database (MySql) per analisi e confronti sulla storia dei parametri Run di test pulse: Controllo gain e peak time Studio di eventuali deviazioni del comportamento dovuti a danni da radiazione Individuazione canali inefficienti, rumorosi etc

42 Allineamento MVD Allineamento interno ~ 40  m usando le misure su banco Allineamento con il CTD ~ 1 mm Laser funzionanti Verifica variazioni con il tempo, non valori assoluti Cominciato il lavoro di allineamento con tracce (cosmici) Promettente Servono tempo, eventi ~ 30  m

43 Segnali in MVD Clusters con larghezza > 1 Segnali per eventi ep Da fare Timing accurato Studi di risoluzione, efficienza con eventi ep Serve CTD acceso e trigger pulito

44 MVD radiation monitor C5A 8 stazioni con diodi  lettura veloce, beam dump 8 radfets  stima dose integrata on-line TLD  misura dose integrata case front diode NTC temp.sensor 34 mm 28 mm 1 mm Pb (behind) rear diode

45 Stato Radmon Diodi letti con schede preliminari, ADC standard, monitor e dump software Affidabile, usato da HERA per beam tuning. Rate dump piccolo (<1/week), dump sempre giustificati Correzione di temperatura ottima, misura accurata (~100pA) delle correnti dovute ai fasci Problemi: Lento (>qualche secondo) Eventi ad alte dosi non danno luogo a dump immediato (1 evento, ~2Krad) Correzione temperatura diventerà meno affidabile al crescere delle leakage currents nei diodi Corretto per T Diodi Rear e-gas dietro C5A

46 Dose integrata finora: In MVD stimata dell’ordine di 10krad Alcune perdite di fascio positroni e-gas Protoni, qualche krad allo start-up di HERA Budget massimo ~ 50 krad/yr, goal 10 krad/yr Radfets: dose integrata alta nella zona dietro a C5A, dovuta a sciami da e-gas. Non nel MVD Problemi di iniezione e + Radfets Rear

47 Schede (digitale+anaglogica) disegnate e prodotte a PD digitale V1: testata a PD da aprile a luglio analogica V1: testata a PD la scorsa settimana Pronte per essere provate a DESY Necessaria V2 (empty bunch subtraction) Necessario nuovo hardware RADMON Dump automatico (non software) Più affidabile Tempo minimo di dump 10 ms Sottrazione corrente di leakage basata sugli empty bunches Indipendente da T 1  s di tempo per effettuare misura, da provare su fascio

48 Comunita italiana molto attiva Goal = 20x10 6 eventi frazione di eventi italiani sul totale prodotto da zeus 20% Produzione MC Diffrazione inclusiva/LPS 5 Beauty in fotoproduzione3 Beauty in DIS2 J/  inelastica (php, DIS)2 LFV2 Produzione single-top1 Eventi multi-leptoni2 Fermioni eccitati1 Produzione W (canale adronico)1 MVD (Monte Carlo)2 Analisi italiane 3 coordinamenti di fisica (EXO, DIF, HFL) coordinamento analisi LPS coordinamento elettronica MVD probabile run coordinator vari common-task partecipazione a ZEP/ZPG Responsabilità italiane

49 Fisica ad HERA II

50 HERA II: Inclusive DIS Neutral current QCD fit ZEUS e + p(820) - 30 pb -1 + fixed target

51 HERA II: Inclusive DIS Neutral current

52 HERA II: Inclusive DIS HERA high x, highQ 2 +fixed target Test dell’evoluzione QCD su 4 ordini di grandezza Importante per LHC precisa estrapolazione p.d.f.

53 HERA II: Inclusive DIS Neutral current xF 3 0 da  - (L,R) -  + (L,R)  N electron ~ N positron  L positron ~ 1.5  ( L electron ) Importante avere uguale statistica per e + ed e -

54 HERA II: Inclusive DIS Charged current CC e - misure dominate dall’errore statistico Ottima sensibilità al rapporto up/down

55 HERA II: Inclusive DIS Charged current

56 HERA II: Charm in proton 500 pb -1 Silicon MVD tag Misura di precisione di F 2 Charm Sensibile miglioramento anche senza valori estremi di luminosità (MVD tagging)

57 500 pb -1 Misura di F 2 Bottom Sensibile miglioramento anche senza valori estremi di luminosita’ (MVD tagging) Silicon MVD tag HERA II: beauty in proton Risultati attuali  tagging Analisi con contributi italiani

58 HERA II: Right-handed charged current e - più ripido  migliore sensibilita` e - R meno SM background

59 HERA II: Electroweak 4x250 pb -1 Hera: misure complementari HERA sensibile ai couplings dei quark u,d LEP sensibile agli accoppiamenti dei quark c,b Precisione compatibile con il LEP

60 Conclusioni HERA in grado di fornire luminosità, ma per ora con fondi insostenibili Intensi studi sul background, si delineano soluzioni –Necessità di accesso alla beam-pipe I rivelatori sia vecchi che nuovi in ZEUS sono funzionanti –Serve cautela per la dose di radiazione in MVD, ma la dose accumulata finora non è drammatica nonostante i fondi di macchina Il programma di fisica è ampio e interessante –Risultati attesi ben prima di 1 fb -1, in particolare con fascio e -


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