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Stato e prospettive di ZEUS a HERA Stato di HERA prima dello shutdown 2003 e limiti operativi Modifiche 2003 e primi risultati Programma di HERA Prospettive.

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Presentazione sul tema: "Stato e prospettive di ZEUS a HERA Stato di HERA prima dello shutdown 2003 e limiti operativi Modifiche 2003 e primi risultati Programma di HERA Prospettive."— Transcript della presentazione:

1 Stato e prospettive di ZEUS a HERA Stato di HERA prima dello shutdown 2003 e limiti operativi Modifiche 2003 e primi risultati Programma di HERA Prospettive per la fisica Stato di ZEUS

2 1)Stato di HERA prima dello shutdown 2003 e limiti operativi

3

4 Stato di HERA e ZEUS a febbraio/marzo 2003 (prima dell’interruzione) Risultati molto incoraggianti da studi fatti prima dello shut-down: Luminosità specifica come da progetto anche a correnti di protoni alte Correnti limitate da background Prima dell’upgrade

5 Luminosità ad alte correnti Non si vedono effetti di saturazione ad alte correnti per bunch Prima dell’upgrade  Studio di effetti di saturazione: oAlte correnti per bunch oNumero di bunch ridotto

6 Polarizzazione Polarizzazione del 50% raggiunta al primo colpo in meno di 3 giorni Tutti gli spin rotators accesi, in condizioni di luminosità Polarimetri funzionanti Polarizzazione 40% raggiunta di nuovo il 22/9/2003

7 BACKGROUND: stato prima delle modifiche total p-gas e-gas synch CTD= (1+0.06Ie)Ip+7Ie+0.03(50Ie+2.2Ie 2 ) CTD HV = 95% => CTD current/2.1 Componenti del BG: Radiazione di sincrotrone: Seconde riflessioni non sufficientemente schermate dai collimatori. e-gas Vuoto nella regione south-left (magnete a 30m), collimatore C5A troppo spesso p-gas Vuoto nella regione di interazione e south-right Limite CTD attuale Limite operativo: Ie  Ip < 2800

8 Luminosità raggiungibile con Ie  Ip < 2800 Nel 2000, con L MAX =1.5  si potevano ottenere ~70pb -1 /anno intergati dagli esperimenti  A condizioni invariate si possono integrare 85  140 pb -1 /anno (a seconda dell’efficenza di HERA) Scenario ultra-pessimista: nessun miglioramento del BG dopo lo shutdown 2003 NB in febbraio 2003 raggiunta efficienza del 43%

9 2) Modifiche nello shutdown 2003 e primi risultati

10 Radiazione di Sincrotrone 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

11 Radiazione di Sincrotrone: Soluzioni 1 Nuovo C5A Parete collimante più sottile Meno sciami di e-gas Largo schermo intorno Intercetta luce riflessa due volte Intercetta “sneak-through” Bordi smussati Riduce “tip scattering” Riduce “high order mode losses” Migliore contatto termico con beampipe e migliore radianza (diamond coating) Riduce degassing dovuto a high order mode losses

12 Radiazione di Sincrotrone: Soluzioni 2 Nuovo C5B Profilo modificato Intercetta “sneak- through” Bordi smussati Riduce “tip scattering” Riduce “high order mode losses” Nuovo C5C Spessore diminuito Lieve effetto sul p-gas background Variato angolo Riduce “high order mode losses”

13 Radiazione di Sincrotrone: risultati attesi (simulazione) Prima Dopo Fotoni nel CTD

14 Radiazione di Sincrotrone: primi risultati misure tempo di drift in CTD Evidente scalino di luce riflessa (in ritardo) Piccolo contributo in tempo (e-gas) 2002 Ora Scalino di luce riflessa non visibile Grande contributo in tempo (e-gas grande durante il bakeout)

15 Prime indicazioni dalle correnti nel CTD pedestal Trigger sensibile all’e-gas Corrente nel CTD fine 2002 scorsa settimana Corrente inferiore a parità di e-gas  Meno radiazione di sincrotrone

16 e-gas Elettroni di bassa energia a causa di e-gas bremsstrahlung Interagiscono con la beam pipe o con il collimatore C5A ZEUS è sensibile al vuoto in una regione upstream di circa 60m C5A lower momentum e 0 -60m e  I CTD /  z

17 e-gas Magnete GA (27m-32m) era senza pompa integrata  pessimo vuoto Inserita pompa integrata con muovo disegno Miglioramento atteso da nuova pompa e C5A sottile ~ fattore 2 z = -30m P(mbar)

18 e-gas Vuoto SL32 vs ie I settimama HOM backeout II settimana HOM bakeout III settimana HOM bakeout Bakeout HOM gennaio 2003 prima di modifiche Dopo mesi di beam operations Miglioramento vuoto ben visibile

19 p-gas Dipende essenzialmente dal vuoto nella regione SR Parametrizzazione correnti nel CTD da p-gas in funzione del solo vuoto

20 p-gas Fondo dominante Dipende essenzialmente dal vuoto nella regione SR In condizioni standard effetto dominante nei prim metri vicino alla regione di interazione Può diventare importante anche la regione lontana

21 p-gas Problema molto complesso Vuoto peggiora all’iniezione (12 GeV) a causa di “high order mode losses” che riscaldano le zone con cambiamenti di impedenza (scalini) nella beam pipe Soprattutto vicino all’IP I magneti freddi (GG e GO, vicino all’IP) fanno da pompa criogenica (a 12 GeV) ma anche da superficie degassante (a 27.5 GeV) A 27 GeV domina l’effetto sulle superfici della radiazione di sincrotrone

22 p-gas Strategie Incremento potenza delle pompe vicino all’IP, per quanto possibile Lungo periodo di HOM heating a 12 GeV, con valori continui di alte correnti (appena finito) Raggiungere nelle zone critiche alte temperature e “svuotare il serbatoio” Accumulare gas sulle superfici di GO e GG e riscaldarli periodicamente per svuotarli Successivo periodo di bakeout a 27.5 GeV (iniziato da una settimana) Modifica della lunghezza del bunch subito dopo l’iniezione Fattore 2 meno potenza di HOM heating

23 vuoto Miglioramento molto evidente nella regione left, sostanziale nella regione right, visibile nella regione IP In ogni caso il vuoto è gia al livello di fine anno scorso, dopo sole 3 settimane di backing 12/9 deciso di passare a 27.5 GeV 27.5 GeV: vuoto molto migliore in IP (HOM heating trascurabile) Pendenza ripida: necessario continuare backing a correnti alte corrente e (mA) Pressione (mb) Left IP Right I settimama HOM backeout II settimana HOM bakeout III settimana HOM bakeout IV settimana 27.5 GeV Bakeout HOM gennaio 2003

24 Confronto con 27.5 GeV 2002/2003 Deciso miglioramento in SL Situazione buona anche nelle altre regioni, dopo un solo mese di operazioni ed una sola settimana a 27.5 GeV. Pendenza ripida: necessario continuare backout a correnti alte Fine 2002 Inizio 2003 Scorsa settimana 27.5 GeV Left IP Right Pressione (mb) corrente e (mA)

25 In anticipo sul programma

26 total p-gas e-gas synch Limite CTD attuale Stato previsto dopo le modifiche Synchrotron radiation = 1/10 e-gas = ½ CTD HV = 95% => CTD current/2.1 Limite operativo Ie  Ip < 4500  In queste condizioni si possono integrare 140  200 pb -1 /anno Scenario pessimista: nessun miglioramento del fondo di p-gas dopo lo shutdown 2003

27 Ulteriori considerazioni sui limiti operativi Fattore limitante sono le correnti nel CTD –Correnti abbattibili di un ulteriore fattore 2 riducendo la tensione al 90% –Diminuzione di efficienza (80%), già verificata nel 2002 con tensione al 95% e guadagno amplificatori non modificato Nessun problema per misure di NC e CC ad alto Q 2 Situazione non ottimale per studio di Heavy Flavor Ipotesi in caso di fondo elevato ad inizio run: –Partenza con CTD al 90% e trigger selettivo per NC e CC –Continuazione con CTD al 95% nella seconda parte del run La diminuzione di luminosità integrata per gli Heavy Flavor è compensata dalla presenza del microvertice per il tagging

28 total p-gas e-gas synch Limite CTD attuale Nessun limite operativo ad HERA dagli esperimenti. Però: L’emittanza dei protoni cresce a valori molto alti di Ip La vita media degli elettroni è inferiore ad alte correnti  Condizioni nominali, L INT  250 pb -1 /anno Scenario auspicato (ma realistico): miglioramento di almeno un fattore 2 del fondo di p-gas dopo lo shutdown 2003

29 3) Programma di HERA

30 Programma di HERA mesi di run 2004 Run di luminosita’ per tutto l’anno: molto impegnativo Possibile (auspicata da zeus) breve interruzione (3 settimane) per passare ad elettroni dopo qualche mese di run Inversioni di polarizzazione ogni circa 2 mesi 2005 Hera II run 2006 Fine Hera II run 2007 Possibile estensione 6 mesi in funzione dello stato dei finanziamenti per Petra II Decisione 2004

31 Possibili scenari di luminosità integrata (pb -1 ) anno (Ipotesi 1) Ipotesi 2Ipotesi (2007) TOT NB senza tener conto della possibilità di run con CTD al 90%

32 4) Fisica ad HERA II

33 Fisica ad HERA II DIS: misurare la sezione d’urto NC + CC con 2 polarizzazioni x 2 cariche –Estrarre le funzioni di struttura F 2, F L, xF 3 (x,Q 2 ), … nel range cinematico più ampio possibile QCD : –determinare le parton distribution functions xq(x,Q 2 ) –xg(x Q 2 ), e  s –Capire la produzione degli Heavy Flavours –Studiare la natura della diffrazione Al di là dello Standard Model: –contact interactions, leptoquarks, SUSY, …

34 DIS: Necessita di alta statistica, soprattutto ad alto Q 2 Polarizzazione utile soprattutto in CC

35 HERA II: Inclusive DIS Neutral current NB errore statistico  5 volte errore sistematico

36 HERA I HERA II F2F2

37 Parton distribution functions xG(x) 1 fb -1 Q 2 = 2,20,200,2000 GeV 2  xG / xg ~ 3 % HERA 1 HERA 2 Serve statistica soprattutto per determinare il gluone

38 precisione limitata dalla teoria : NNLO non-singlet atteso2003 NNLO singlet + gluon2004   S HERA 1HERA 2 Exp teoria ?  s ad HERA running  s (E T ) in one experiment

39 Sezioni d’urto NC ad alto Q 2 interferenza  -Z : e - costruttiva e + distruttiva

40 HERA II: Inclusive DIS xF 3 ~ _ xF 3 = (  - -  + ) NC / 2Y + = 2x  e q a q [q - q] ~ q v q

41 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.

42 HERA II: Inclusive DIS Charged current

43 HERA II: CC CC misure dominate dall’errore statistico Ottima sensibilità al rapporto up/down  Misura delle densità dei quark di valenza ad alto Q 2

44 CC cross sections x = 0.25 x = pb pb -1 : 10 % u quark precision up to x = 0.4   cc HERA 1 HERA 2

45 Heavy Flavors: Notevole incremento nel potenziale di misura dai rivelatori a silicio

46 HERA II: Charm in proton 200 pb -1 Silicon MVD tag Misura di precisione di F 2 Charm Sensibile miglioramento anche senza valori estremi di luminosità (MVD tagging) 200 pb -1

47 500 pb -1 Misura di F 2 b 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

48 Fisica eletrodebole: Polarizzazione essenziale

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

50 HERA II: Electroweak (polarizzazione) 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

51 Fisica esotica: competitiva in molti canali Contact interactions R p -violating SUSY Leptoquarks Lepton flavor violation Accoppiamenti anomali Multileptoni ad alto P T

52 Leptoquarks HERA competitiva per piccoli branching ratios: HERA 1 limits compete with LEP and Tevatron Run 1 HERA 2 limits compete with Tevatron Run 2

53 Acoppiamenti anomali FCNC: single top production

54 Leptoni isolati con alto P T H1: 10 candidati (e,  ) con P T >25GeV su 3 attesi ZEUS: 2 candidati (  ) con P T >25GeV su 0.12 attesi

55 5) Stato di ZEUS

56 Stato di ZEUS Straw Tube Forward Tracker Micro Vertex Detector Beam Pipe Magnets

57 Dati 2002/2003 Luminosità acquisita nel 2003 limitata dal background e dagli studi relativi Molto utile per debugging detector e sistema

58 Eventi CC osservati nel 2003: MVD! Q 2  1200 GeV 2 Charged Current Q 2  4500 GeV 2 Charged Current Q 2  2800 GeV 2 Neutral Current

59 Allineamento MVD Global alignment Internal alignment σ=335μm σ=289μm σ=97μm σ=64μm σ=1604μm σ=1502μm σ=116μm σ=47μm Track Residuals Impact Parameter

60 Efficienze MVD Φ Φ Simulation Data # Tracks > 4 MVD hits > 2 MVD hits All CTD tracks Note: Acceptance holes Efficienze stimate da NC DIS: (Tracce in CTD and MVD) > 4 MVD hits> 2 MVD hits Dati 91.4% 99.3% MC 93.8% 99.3%

61 Shutdown Oltre che per installare le modifiche per il BG, lo shutdown è stato utile per sistemare detector –MVD: riparazione cablaggi –CTD: modifica guadagni per lavorare con HV al 95% –STT: riparazione HV, condensatori tantalio invertiti etc.

62 Stato MVD Nov 02 Mar 03 Aug 03 Shutdown Winter 02/03 run Startup 7% 3% Soprattutto false connessioni – riparate durante lo shutdown

63 Modifiche al guadagno CTD Cosmici 2000 (HV 100%)Cosmici 2003 (HV 95%) Guadagno modificato settore 12 Essenziale per l’efficienza del trigger Modificato su tutta la camera, CDT pronto

64 Radiazione nell’MVD 120 krad nella coordinata Z=-130cm, piano orizzontale, ring inside120 krad nella coordinata Z=-130cm, piano orizzontale, ring inside Distribuzione azimutale molto asimmetricaDistribuzione azimutale molto asimmetrica  Dominata dal fascio di positroni : Cosa vediamo nel detector?Cosa vediamo nel detector? Scalare con la simulazioneScalare con la simulazione Ci sono effetti osservabili?Ci sono effetti osservabili? Ring Inside R1R1R1R1 R2R2R2R2 R3R3R3R3 R4R4R4R4 Dosi nei radfets

65 Che dose nell’ elettronica MVD? Geant Simulation of e + -gas bg in ZEUS Diodes Ladder 1 Ladder 4 Scale by 30 Scale by 3

66 Effetti osservabili nell’MVD? Layer 0 Layer 1 Layer 2 Wheel 0 Wheel 1 Wheel 2 Wheel 3 Noise (ADC counts) Days Δ(Noise)/Noise HM number  2-3% aumento noise in ladder 1  2-3% aumento noise in ladder 1 Fino a 8% in alcuni moduli (incidenti?)Fino a 8% in alcuni moduli (incidenti?) Ci si aspetta 0.3%/kradCi si aspetta 0.3%/krad Abbastanza consistenteAbbastanza consistente

67 Inserita nuova strumentazione di diagnosi Strumentazione esistente Strumentazione nuova Rear Forward Scintillatori per la misura del p-gas

68 Conclusioni HERA: in grado di fornire luminosità e polarizzazione Background: prime indicazioni che le modifiche tecniche apportate hanno avuto successo –ZEUS in grado di integrare tra 150 e 250 pb -1 /anno con piena efficienza –ZEUS può comunque operare con tensione ridotta ad inizio run nel caso di correnti eccessive nel CTD Il programma di fisica è ampio e interessante –Risultati attesi ben prima di 1 fb -1, in particolare con fascio e - I rivelatori sia vecchi che nuovi in ZEUS sono funzionanti Luminosità prevista dal 8 ottobre

69 Radiazione di Sincrotrone Altre Modifiche (non considerate nel plot precedente) Installato collimatore mobile a 66m Rimpiazza uno fisso Si puo’ chiudere di piu’ a 27.5 GeV Minore radiazione dal magnete BI, minore outgassing nella sezione SL (e-gas) NON installata modifica ad assorbitore principale (11m) con coating Problemi tecnologici nel coating Effetto marginale (  1.5) Ora sembra possibili costruirlo Decidere se installarlo, disturbando localmente il vuoto


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