BTeV Luigi 18 Maggio 2004. La Fisica di BTeV Test del MS nel settore degli Heavy Flavour, b e c, alla ricerca di possibili inconsistenze indotte da Nuova.

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1 BTeV Luigi 18 Maggio 2004

2 La Fisica di BTeV Test del MS nel settore degli Heavy Flavour, b e c, alla ricerca di possibili inconsistenze indotte da Nuova Fisica –Sensibilita’ tramite i loop fino a scale dell’ordine di qualche TeV –Forte potere discriminante sui possibili modelli di NF Due campi almeno su cui giocare, B d e B s –Possibilita’ di incrociare le misure Miglior controllo delle sistematiche, in generale, e di quelle indotte da effetti forti, in particolare. E di piu’,  b, B c, ecc

3 Approccio Sperimentale Moderno approccio basato su trigger direttamente al primo livello sull’evidenza di vertici secondari –Ricostruzione completa con COV delle tracce, dei primari e dei relativi parametri d’impatto Elemento cruciale e’ il rivelatore a pixel immerso in campo magnetico –Informazione tridimensionale  basso combinatorio di ricostruzione –Eliminazione diretta delle tracce a basso momento Non ritengo esista approccio piu’ robusto ed efficiente (o forse alternativo?) alla fisica degli heavy flavour ai collider adronici –Ambiente estremamente ostile! –Basso  bbar /  tot ed alte molteplicita’

4 Physics Reach (CKM) in 10 7 s J/  l + l - Reaction B (B)(x10 -6 ) # of EventsS/B Parameter Error or (Value) Bo+-Bo+- 4.5 14,600 3 Asymmetry 0.030 B s  D s K - 300 7500 7  8 o B o  J/  K S 445 168,000 10 sin(2  ) 0.017 B s  D s  - 3000 59,000 3 x s (75) B -  D o (K +  - ) K - 0.17 170 1 B -  D o (K + K - ) K - 1.1 1,000>10  13 o B-KS -B-KS - 12.1 4,600 1 < 4 o + B o  K +  - 18.8 62,100 20  theory errors Bo+-Bo+- 28 5,400 4.1 BoooBooo 5 780 0.3  ~4 o B s  J/  330 2,800 15 B s  J/  670 9,800 30 sin(2  0.024 @2 int/xing

5 Physics Reach Rare Decays Reaction B (10 -6 ) Signal S/BPhysics B o  K* o  +  - 1.5 2530 11 polarization & rate B-K-+-B-K-+- 0.4 1470 3.2 rate bs+-bs+- 5.7 4140 0.13 rate: Wilson coefficents

6 Concorrenza L’unico esperimento concorrente e’ LHCb –B-factory non competitive per ovvie ragioni di  bbar e non accesso a B s in primis Confronto con LHCb difficile –I numeri di LHCb stanno cambiando ormai da piu’ di un anno Transizione da LHCb a LHCb-light –Stanno ancora ottimizzando i tagli E’ pero’ facile trarre alcune conclusioni alla luce dei loro vecchi numeri, TP, e di quelli piu’ recenti

7 Specific Comparisons with LHCb (LHCb TP numbers) Yield nei due canali cruciali per  e  Mode BR YieldS/B Yield S/B B s  D s K - 3.0x10 -4 7530 77660 7 Bo+-Bo+- 2.8x10 -5 5400 4.12140 0.8 BoooBooo 0.5x10 -5 776 0.3 880 not known BTeV LHCb

8 LHCb-light Vs BTeV ModeQuantity LHCb Sensitivity BTeV Sensitivity B o  J/  s sin(2  ) 0.0220.017 B s  D s K  14 o 8o8o B o   ?4o4o B o   A 0.060.03 B s  J/   sin(2  ) -0.024 B s  J/  sin(2  ) 0.063- N.B. LHC sensitivities from M.Calvi @ IFAE ‘04 (Torino). The assumed BR of B s  D s K is different in the two cases and favours BTeV.

9 In buona sostanza Dal confronto dei soli numeri traspare un quadro in cui –i due esperimenti sostanzialmente competono sui modi canonici carichi; –LHCb, invece, risulta fortemente penalizzato sui modi con almeno un neutro da una scelta calorimetrica meno aggressiva. Ma da un confronto piu’ approfondito dei due esperimenti emergono altri importanti fatti –Campo d’indagine di LHCb limitato da un throughput finale 20 volte piu’ piccolo, 200 Hz vs 4 kHz Pesante preselezione di canali e candidati a livello di trigger Challenging! E i fondi? –  D 2 in LHCb inferiore di circa un fattore 2 rispetto a BTeV, 4-6% vs 10-13% –Programma di fisica del c totalmente assente in LHCb –In fine, 1 anno di BTeV  2 anni di LHCb

10 Recent CD-1 Review Molto bene, sia per l’aspetto Tecnico-Scientifico, che per quello dei costi –“The Committee supports the proposed technical scope and the cost range presented” –Notevole apprezzamento del progetto, delle sue finalita’ di fisica e del suo management, considerati gia’ a livello di CD-2 La schedula, cosi’ come presentata, non presenta invece margini di float soddisfacenti –“Develop a schedule and funding profile for BTeV, such that the desired scientific capabilities are obtained while ensuring that the scientific output is competitive and timely. Provide revised plans to DOE as soon as possible, to support the CD-1 decision process.” –Lo faremo al piu’ presto e comunque siamo stati colti in contropiede, non aspettandoci questa discussione sul float in CD-1

11 Comunque … All’indomani del review, ci sono stati vari incontri fra il DOE e il direttorato di FNAL Il risultato di tali incontri puo’ essere riassunto nei seguenti punti: –Sia il DOE che FNAL sono fortemente in favore di BTeV e vogliono assicurare una tempestiva partenza del progetto –Per questo vogliono da noi due schedule, 1.Una basata sul funding profile proposto ed in grado di garantire float superiori a 6 mesi 2.Un’altra senza vincoli di funding, per capire quando, al piu’ presto, potremmo essere pronti.

12 Schedula 1 Poiche’ funding limited, questa schedula comportera’ necessariamente ulteriori ritardi e quindi, per non pregiudicare la competizione con LHCb, dovra’ prevedere un opportuno staging. La stiamo elaborando prevedendo grossi float, ~ 1 anno, in modo di far fronte persino a situazioni estremamente improbabili cosi’ da ottenere in ogni caso CD-1 –Questa sara’ la schedula con cui verremo “baselined” L’ipotesi di staging che stiamo perfezionando contempla l’installazione nel 2009 di una versione ridotta del nostro apparato che ci consenta di competere pienamente su tutti i modi carichi, rimandando di circa 6 mesi la fisica dei neutri, dove, per ovvi motivi, non saremo comunque penalizzati.

13 Ipotesi di Staging Stage 1 –Verra’ installato entro Ottobre ’09 e contempla L’intero sistema a pixel Almeno 4 stazioni su 7 del forward tracker, incluse la VI e la VII ¼ dei cristalli del calorimetro –Questo tra l’altro elimina ogni rischio di competizione con CMS sul procurement dei cristalli Il RICH senza radiatore liquido o con solo una parte di questo Parte del muon detector Stage 2 –Completamento dell’apparato, previsto per meta’ del 2010

14 Schedula 2 Si tratta di una semplice rielaborazione della nostra presente schedula senza limiti di funding –Consente con ampi margini di float, superiori a 6 mesi, di essere pronti per l’Ottobre 09, data limite da noi considerata sufficiente per non compromettere la competizione con LHCb e recuperare facilmente. Richiede un congruo anticipo di fondi e quindi diventera’ la nostra schedula ufficiale se e solo se interverranno nuovi accordi sul budget fra DOE e FNAL Per il momento, questo non e’ ovviamente il nostro goal principale –ora vogliamo CD-1 ed al piu’ presto –Poi vedremo come sveltire la nostra schedula

15 Schedula Va da se’ che –tutte queste considerazioni siano rilevanti solo per il processo di approvazione in se’; –non esiste alcun impedimento a che noi si possa essere pronti per l’Ottobre 09 §, come da nostri piani, –e questo dipende unicamente da noi! E’ altrettanto chiaro che –L’accelerazione del processo di costruzione puo’ essere spinta dalla disponibilita’ di fondi esterni, quali INFN, che, per ora, non sono considerati. § Per questa data, nello scenario a noi piu’ sfavorevole, LHCb potrebbe aver accumulato dati veri per 6 mesi al massimo, pari al 50% del periodo di run totale a loro disposizione.

16 Chi siamo LNF –E.Basile, F.Bellucci, M.Bertani, S.Bianco, M.Caponero, D.Colonna, F.L.Fabbri, F.Fabbri, F.Felli, M.Giardoni, A.LaMonaca, G.Mensitieri, M.Pallotta, A.Paolozzi –12 Ric + 2 Tecnologi Milano –G.Alimonti,M.Citterio, P.D’Angelo, M.Dinardo, S.Erba, S.Magni, D.Menasce, L.Moroni, D.Pedrini, P.Ratcliffe, M.Rovere, S.Sala, L.Uplegger –9 Ric + 4 Tecnologi Pavia –G.Boca, G.Cossali, D.DiPietro, P.F.Manfredi, M.Manghisoni, M.Marengo,I.Mariani, V.Re, M.Santini, M.Scaglioni, A.Spelgatti, G.Traversi, V.Speziali –6 Ric + 8 Tecnologi In totale –27 + 14 = 41 persone Pensiamo comunque di crescere una volta approvati dallo INFN –Esiste un’importante comunita’ INFN che lavora ed e’ interessata alla futura fisica degli heavy flavor –CDF, BaBar, …

17 Cosa vogliamo fare Pensiamo di assumerci impegni costruttivi solo laddove ne abbiamo la piena responsabilita’. Specificamente 1.Il sistema a micro-strip del forward tracker –Luigi responsabile dell’intero sistema –Proponiamo un contributo pari a circa il 50% 2.I moduli centrali degli straw –Prodotti da Frascati secondo il progetto da loro sviluppato –Realizzano anche un supporto ottimale per le micro-strip 3.Il sistema di monitor di posizione a FBG –Frascati lo implementera’ per gli straw, le strip ed i pixel

18 Responsabilita’ Micro-Strip Progetto controllato e gestito dai gruppi italiani come dimostrato dal relativo staffing. –Lev 2 Managers –Luigi Moroni –John Cumalat (deputy) –Lev 3 Managers Sensors –S.Sala (Milano) Electronics –V.Re (Pavia) Mechanics –L.Moroni (Mi) & J.Cumalat (CU) Cooling –E.Cossali (Pavia) System Integration & Testing –D.Menasce (Milano)

19 Responsabilita’ Straw Frascati diventa il IV centro di produzione degli straw: 1.FNAL 2.Houston 3.LNF 4.Virginia U. LNF responsabile del progetto e della costruzione dei moduli centrali M0X e M1 Lev3 Manager –F.L.Fabbri

20 I progetti in Sintesi Do una descrizione sommaria dei due progetti Straw & Strip in cui sono coinvolti gli italiani per meglio inquadrare le richieste Non presento i progressi R&D finora ottenuti –Mi riservo di mostrarli in caso di richiesta Come vedremo, Straw & Strip sono strettamente connessi –L’uno serve anche da supporto all’altro con notevole risparmio in termini di materiale. –E’ fondamentale per la riuscita del progetto che I gruppi coinvolti lavorino in stretto contatto.

21 Micro-Strip: General properties

22 How does it look like?

23 It is made of Ladders …

24 …, which form planes and stations. 3 views : X: 0 o (horizontal) U: 90 o + 11.3 o V: 90 o - 11.3 o

25 How are they supported?

26 Ladder details

27 More details Sec AA A

28 A plane

29 From Planes to Stations By stacking three of these planes we form a station Alignment of the two halves of a plane and of the three planes of a station is guaranteed by suitable pins –For details, see PLYFORM drawings Total radiation length of the station: ~1.2% all included.

30 How are Stations suspended?

31 How are they assembled on the support? X-view straws

32 Straw Project by LNF: M0X & M1

33 MANUFACTURING PROCEDURE CFRP SHELL MANUFACTURED WITH VACUUM BAGING TECHNIQUE USING ALUMINUM MOULD

34 M0X ASSEMBLY Total Radiation Length strut+plate = 7 ÷ 8/1000

35 M0X EXPLODED VIEW

36 DETAIL NEAR THE BEAM PIPE

37 DETAIL NEAR THE BEAM PIPE (Cont.) End plugs Plastic End plate Gap for gas flow Wire attachment Cut out view Sealing and wiring blocking plate

38 FBG: MOX Monitoring 60 cm Y X Z Optical Switch FBG Interrogation system Computer FBG for monitoring Bending in X-Y plane FBG for monitoring Bending in Y-Z plane FBG for monitoring Torsion FBG for monitoring In-Plane deformation From station 1 From station 2 From station 4 From station 6 From station 3 Displacement resolution at point P in X-Y plane: 1  m along Z axis: 10  m (Station-1 MOX) P FBGs planned arrangement and optical circuitry for 6 MOXs

39 PSC Monitoring Pixel Support Cylinder: FBG sensors will monitor deformations and repositioning of PSC PSC deformations affect Pixel detector position PSC removing and repositioning is required at each proton-antiproton beam storing

40 PSC Repositioning Monitoring Fixed Frame PSC structure component PSC position is worked out by deformation monitoring of OMEGA gauge. OMEGA gauge: one end clamped at a Fixed Frame one end clamped at PSC structure component FBG sensors

41 PSC Repositioning Monitoring Solid X Normal Strain Finite Element Model analysis for optimisation of FBGs position on OMEGA gauge surface

42 Richieste Finanziarie 2005-2009 ItemCostr.App. (k$)Note Micro-Strip3,456 Pari a circa il 50% del costo totale Straw1,357 M0X & M1 FBG416 182(Strip)+91(Straw)+143(Pixel) Totale5,229 Nel caso, + 35% di contingenza Si tratterebbe di un contributo costruttivo pari a circa il  5/180  2.7% del costo totale, a fronte di una percentuale di presenza nella collaborazione del  27/150  18%, considerando i soli ricercatori, o del  41/150  27%, includendo i tecnologi N.B. IVA non inclusa

43 Micro-Strip Cost Breakdown

44

45 Electronics Cost Breakdown

46 Mechanics & Coling Cost Breakdown

47 Integration Cost Breakdown

48 Straw Cost Breakdown

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51 Profilo di Spesa Detector20052006200720082009Totali Micro-Strip1727807591,725203,456 Straw224600400133-1,357 FBG--162254-416 Totali3961,3801,3212,112205,229 N.B. Profilo come da WBS. Parecchie spese possono essere anticipate.

52 Richieste Aggiuntive 2004 Sblocco SJ missioni + ~50 kEuro Sblocco dei consumi 15 kEuro a PV per sottomissione nuovo chip ~ 200 kEuro a Mi –Prototipi sensori –Prototipi Hybrid –Prototipi Flex ~50 kEuro a LNF –Prototipi MOX & M1

53 Sensors in 2004

54 In Conclusione BTeV –Formidabile occasione per la fisica degli heavy flavour ad alta sensibilita’ –Programma fondamentale per il suo potenziale di scoperta di Nuova Fisica Necessario complemento alla fisica ad alto pt, ATLAS & CMS –Forti caratteristiche di complementarieta’ con LHCb Cruciali per i canali con neutri e per le sistematiche di misura –Con un limitato investimento si acquisisce un ruolo di primo piano in un esperimento, le cui possibilita’ di analisi fisica sono praticamente illimitate. Chiedo pertanto alla Commissione di voler approvare BTeV

55 Just in Case

56 Scorporo FBG ItemCostr.App. (k$)Di cui FBG (k$)Senza FBG Micro-Strip3,6381823,456 Straw1,448911,357 Pixel FBG143 - Totale5,2294164813

57 Profilo di Spesa con Scorporo FBG Detector20052006200720082009Totali Micro-Strip1727807781,888203,638 di cui FBG--19163-182 Micro-Strip – FBG1727807591725203,456 Straw224600400224-1,591 di cui FBG---91- Straw – FBG224600400133-1,357 MS FBG--19163-182 ST FBG---91- Pixel FBG--143-- FBG ALL--162254-416 Totali3961,3801,3212,112205,229

58 BTeV vs BaBar L  #B/10 7 s Signal  Tag  D 2 S/B# Tagged/10 7 s BaBar10 34 1 nb10 8 0.380.28?49 BTeV 2  10 32 100  b1.5  10 11 0.0210.131450 Number of tagged B 0     – ( B = 4.5  10 –6 ) B, Signal  and Tag  D 2 from BaBar L  #B/10 7 s Signal  Tag  D 2 S/B# Untagged/10 7 s BaBar10 34 1 nb10 8 0.210.28?475 BTeV 2  10 32 100  b1.5  10 11 0.00130.10.84360 Number of untagged B 0     – + CC ( B = 2.26  10 –5 ) B, Signal  and Tag  D 2 from BaBar  10 7 s @ L = 10 34  100 fb -1  Up to now, BaBar has recorded ~ 200 fb -1 in 5 years.

59 BTeV trigger & throughput Assume L= 2x10 32 cm -2 s -1 We now need to know  inelastic  inelastic =  total -  elastic -  diffractive = 77.6-18.9-9.5=49.2 mb Taking 50 mb there are L  =10 7 interactions/sec Expect 1000/1 reduction of min-bias events by L1 & L2 together Will end up with 10 4 min-bias events at L3 input which will be practically killed by L3 analysis Throughput tuning ~ 1 kHz for b about 5 % of 2  10 4 produced b (100  b) ~ 1 kHz for c about 1 % of 10 5 produced c (500  b) ~ 2 kHz for contingency, calibration and other