1 RD51 Relazione di referee CSN1 – 25 Gennaio 2010 M. Costa

25 gen 2010M.Costa2 RD51 Micro-Pattern Gas Detectors Technologies Collaboration ~350 Authors from 59 Institutes from 20 Countries L’Agora’ RD51 e’ suddivisa in 7 working groups: WG1 : Technological Aspects and Development of New Detector Structures WG2 : Common Characterization and Physics Issues WG3 : Applications WG4 : Simulations and Software Tools WG5 : MPGD Related Electronics WG6 : Production WG7 : Common Test Facilities

25 gen 2010M.Costa3 Coinvolgimento INFN: CSN1+CSN3 Italy, Bari Universita & INFN, Bari (15 participant(s)) Team Leader: Maria Gabriella CATANESI Marcello ABBRESCIA, Vincenzo BERARDI, Francesco CAFAGNA, Maria Gabriella CATANESI, Anna COLALEO, Raffaele DE LEO, Giuseppe DE ROBERTIS, Onofrio ERRIQUEZ, Flavio LODDO, Eugenio NAPPI, Salvatore NUZZO, Vincenzo PATICCHIO, Gabriella PUGLIESE, Emilio RADICIONI, Antonio RANIERI Universita & INFN, Bari Italy, Frascati Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) Laboratori Nazionali di Frascati (LNF) (6 participant(s)) Team Leader: Giovanni BENCIVENNI Giovanni BENCIVENNI, Giulietto FELICI, E.DeLucia, J.Dong, D.Domenici, M.Pistilli Laboratori Nazionali di Frascati (LNF) Italy, Monserrato Università di Cagliari/INFN (4 participant(s)) Team Leader: Alessandro CARDINI Walter BONIVENTO, Adriano LAI, Rudolf OLDEMAN Università di Cagliari/INFN Italy, Naples Università & INFN, Napoli (5 participant(s)) Team Leader: Mariagrazia ALVIGGI Alberto ALOISIO, Mariagrazia ALVIGGI, Raffaele GIORDANO, G.Sekhniaidze, della Volpe Università & INFN, Napoli Italy, Pisa INFN, Sezione di Pisa Universita' Degli Studi di Siena & INFN Pisa (9 participant(s)) Team Leader: Stefano LAMI M.G. Bagliesi, R.Cecchi, G. Croci, V. Greco, S. Lami, G.Latino, E. Oliveri, A. Scribano, N. Turini. Universita' Degli Studi di Siena & INFN Pisa Italy, Trieste Università & INFN, Trieste (6 participant(s)) Team Leader: Silvia DALLA TORRE Andrea BRESSAN, Silvia DALLA TORRE, Gabriele GIACOMINI, Stefano LEVORATO, Giorgio MENON, Fulvio TESSAROTTO Università & INFN, Trieste Italy, Turin Università & INFN, Torino (3 participant(s)) Team Leader: Daniele PANZIERI Maxim ALEKSEEV, Daniele PANZIERI, Elena ROCCO Università & INFN, Torino Italy, Rome Università & INFN, Roma I INFN, Sezione di Roma I Istituto Superiore di Sanità (4 participant(s)) Team Leader: Evaristo CISBANI Evaristo CISBANI, Salvatore FRULLANI, Franco GARIBALDI, Guido URCIUOLI Istituto Superiore di Sanità ~45 fisici CSN1 CB chair(wo)man

25 gen 2010M.Costa4 Bari Cagliari Trieste PisaSiena Torino Bari LNF Napoli LHCb KLOE2 Compass TOTEM ATLAS CMS Attiva collaborazione fra le sedi che condividono programmi scientifici comuni sullo sfondo di un organizzazione su scala nazionale principalmente di carattere amministrativo (MoU) RD51/CSN1Overview

5 RD51 Bari (wg1, wg2, wg4,wg5) Il gruppo di Bari di Rd51 e’ composto da varie anime con interessi complementari e spesso sinergici. Per quanto riguarda I colleghi di estrazione di gruppo I essi sono raggruppabili sinteticamente in 3 gruppi (Totem/T2K, Kloe2 e CMS). I colleghi afferenti a Totem e Kloe2 vantano gia’ un’esperienza pluriannuale nel settore e sono coinvolti in progetti gia’ finalizzati alla realizzazione di detectors con tecnologia a MPGD (GEM o MM) mentre l’interesse dei colleghi di CMS e’ piu’ recente e per il momento orientata ad attivita’ di puro R&D e caratterizzazione di prototipi in laboratorio Gruppo TOTEM/T2K V. Berardi, F.S. Cafagna, M.G. Catanesi, E.Radicioni 1) attivita' in gruppo V per lo sviluppo di TPC a GEM (E.Radicioni rappresentante nazionale ) 2) Read-out del Telescopio T2 a GEM (gia' realizzato). Design e prototipi nuovo telescopio T1 sempre a GEM per l'esperimento TOTEM 3) TPC a GEM e MicroMegas T2K (CSN2) Gruppo KLOE2 G.De Robertis,O. Enriquez,F.Loddo, A. Ranieri Sviluppo e prototipi rivelatore a GEM di vertice per KLOE2, Elettronica di ReadOut (Gastone) Gruppo CMS M.Abbrescia, A. Colaleo, S.Nuzzo, G. Pugliese Sviluppo e caratterizzazione rivelatori a gas. Simulazione Montecarlo

6 Attivita’ previste in laboratorio e al CERN In particolare ci proponiamo di studiare in modo sistematico la dipendenza delle prestazioni dei rivelatori a GEM di nuova generazione da alcuni importanti parametri come la tecnica costruttiva usata, la miscela di gas utilizzata, la tensione di lavoro e la geometria del padplane.Per far questo stiamo realizzando dei prototipi di rivelatori (2 gia’ realizzati) con amplificazione a GEM basati su diverse tecnologie costruttive quali assemblaggio di fogli di GEM adiacenti limitandone le zone morte intermedie, “etching” chimico a singola maschera, nuovi processi alternativi di fabbricazione quali la foratura laser. I rivelatori una volta costruiti verranno caratterizzati in laboratorio e poi testati sul fascio al CERN. La raccolta sistematica di questo tipo di informazioni e’ particolarmente importante sia per la comprensione del funzionamento del rivelatore in se’ sia per lo sviluppo di una modellizzazione montecarlo finalmente adeguata per questo tipo di rivelatori. Il laboratorio e’ inoltre uno strumento importante per favorire il contatto con le nuove generazioni. Nell’ambito di TOTEM/Rd51 sono attualmente in preparazione due tesi di laurea. Il filo rosso che lega I vari sottogruppi a e’ costituito dal laboratorio per MPGD che stiamo realizzando a Bari in cui ognuno portera’ il suo expertise. In particolare la componente Totem si occupera’ della realizzazione e caratterizzazione dei prototipi, la componente Kloe contribuira’ con l’elettronica di readout e i colleghi di CMS metteranno a disposizione l’esperienza sviluppata nell’uso di diverse miscele di gas e nella simulazione montecarlo di tali rivelatori.

7 Attivita’ di R&D alcuni esempi: MicroForatura LASER Uno dei primi prototipi di piano a GEM con fori realizzati con un laser ad impulsi ultrabrevi (<ns) che hanno una durata inferiore al tempo di interazione elettrone-fonone caratteristico del materiale irraggiato. Questo determina una ablazione “fredda” senza materiale fuso. I vantaggi della ablazione “fredda” sono rilevanti nel caso di materiali multistrato (come il caso dei rivelatori GEM) in cui la radiazione laser interagisce progressivamente con materiali le cui proprietà termiche sono molto differenti tra di loro come il rame ed il kapton. Nell’esempio a destra (71x71 fori, diametro 70 µm) la misura ottenuta sperimentalmente e’ stata di d sper = 69,49 ± 0,75 µm Update di T1 Un primo esempio di fogli di GEM adiacenti assemblato e testato dal gruppo di Bari e' visibile in fig. 1a. In questo caso si e` scelto di indagare l'approccio di produrre un unico PC board di 40cm x 50cm circa e di sovrapporgli 2 piani di triple-GEMs di area attiva 20cm x 25cm. Questo approccio non e`in contraddizione con quello di studiare la produzione di GEM piu` grandi; date le dimensioni probabili di futuri rivelatori, e` molto plausibile che le due impostazioni dovranno essere combinate. Il piano di readout cosi ottenuto fu assemblato e montato quale “test-bed” sulla TPC di HARP. In fig 1.b un raggio cosmico ricostruito nella camera Fig 1.a Fig1.b

8 Attivita` in RD51 di Pisa/Siena Partecipanti: M.G. Bagliesi, R.Cecchi, G. Croci, V. Greco, S. Lami, G.Latino, E. Oliveri, A. Scribano, N. Turini. Ricerca con MPGD: parte del gruppo lavora sul telescopio T2 a triple-GEM di TOTEM, con la responsibilita` dell’elettronica. Stiamo proponendo un upgrade del telescopio T1 di TOTEM (attualmente basato su camere CSC) con rivelatori a grandi GEM. 2 tesi dottorato in corso. Partecipazione ai working groups di RD51: –WG1 – Sviluppo e test di rivelatori a grandi GEM per tracking: costruito primo prototipo per possibile upgrade T1 –WG5 – Sviluppo elettronica di lettura per MPGD: disegnata nuova scheda lettura di chip digitali VFAT, attualmente in assemblaggio. –WG7 – Partecipazione a Common Test Beam: previsti TB in Giugno 2010 (scheda lettura con GEM di CMS-forward muons) e Agosto (Prototipo Upgrade T1).

9 9 ~ 3 m Studio di futuro upgrade con 5x2=10 piani/braccio a grandi GEM (2 piani back-to-back ruotati di ½ settore) con 8 settori ciascuno, 160 settori, 1024 pad / settore. Totale ~ 163K canali R&D sharing: CERN GDD - Studio/produzione differenti opzioni foglio GEM in corso BARI - Assemblaggio/test 2 piccole GEM: una con fogli single mask, una con double mask standard 1 costruita GENOVA - R&D su elettronica readout analogica e digitale in corso PISA/SIENA- Assemblaggio/test settore full-size con fogli standard double mask incollati test in corso Attuale T1 con 5 piani di CSC Piano T1 con 8 settori GEM Limitate da single channel occupancy prima di ageing, per L >1031 e bunch crossing < 75 ns

10 R&D dell’upgrade del T1 con large size GEM Costruito primo prototipo per moduli T1, R > 1m Sviluppo seguito da Gabriele Croci, dottorando Siena. Primi test in laboratorio Prossimamente su Test Beam

11 Il gruppo LNF lavora su rivelatori a GEM e più in generale su Micro-Pattern Gas Detectors (MPGD) dal L’attività comincia con l’ R&D su GEM per il Muon System di LHCb (attualmente in presa dati). In RD51 le attività in cui il gruppo è coinvolto sono: - WG1(Technological Aspects and Developments of New Detector Structures): task1: single mask technology for large area GEM  stiamo realizzando una GEM planare di area attiva 40x70 cm 2 task2: R&D on an innovative Ultra-light Vertex Detector based on the Cylindrical-GEM technology  R&D concluso;  Progettazione rivelatore finale in fase di completamento;  Inizio costruzione primo layer maggio Partecipazione del Gruppo LNF a RD51 G. Bencivenni, E.DeLucia, J.Dong, D.Domenici,G.Felici, M.Pistilli

12 Prototipo GEM cilindrica Large area GEM sketch Risoluzione spaziale in campo magnetico 352 mm 960 mm GEM slicing - WG3 (MPGD for tracking and triggering): task1: large area GEM detectors for fast triggering at LHC  stiamo realizzando una GEM planare di area attiva 40x70 cm2 ottmizzata per il timing (R&D per LHCb2)

13 Alessandro Cardini (sviluppo, simulazione, performance rivelatori 3-GEM, discharges studies) Walter Bonivento (sviluppo rivelatori ed elettronica front-end) Adriano Lai (sviluppo elettronica VLSI per rivelatori a u-pattern) Rudolf Oldeman (studi performance, studio nuovi rivelatori) Il gruppo di Cagliari lavora su rivelatori a GEM e più in generale su Micro-Pattern Gas Detectors (MPGD) dal L’attività comincia, in collaborazione con il gruppo di LNF, con l’ R&D sulle GEM per il Muon System di LHCb. In questa prima fase, pre-RD51, il gruppo ha lavorato sulla progettazione dei rivelatori, sulla simulazione delle performances, sulla realizzazione di un chip di elettronica ottimizzato per i rivelatori a micro-pattern e sull’ottimizzazione delle tecniche di costruzione dei rivelatori e sugli studi di radiation hardness, e per finire sulla costruzione e sui test dei rivelatori. Attualmente, all’interno di RD51 il gruppo di Cagliari e’ coinvolto principalmente nel funzionamento del rivelatore a GEM di LHCb e nella valutazione delle sue performances. Questa attivita’ rientra nelle attivita’ dei seguenti working groups (WG) di RD51: - WG3 (Application: tracking and trigger): - Building, installing and running 3-GEM detectors for muon triggering in LHCb - WG2 (Characterization: Discharge protection, Aging, Rate Capabilities) - Evaluation of the first year of data taking for what concerns detector stability issues, and at end of 2010 report on the performances of the triple-GEM detector - Continue to work on discharge damage evaluation in a generic GEM-based detector Con il completamento dell’installazione e della messa in operazioni delle GEM di LHCb, il gruppo di Cagliari comincia ad interessarsi allo sviluppo di nuovi tipi di rivelatori a micropattern (WG1) e di nuova elettronica di lettura (WG5) Partecipazione del Gruppo di Cagliari a RD51

14 M.Alviggi, A.Aloisio, della Volpe, G.Sekhniaidze, R.Giordano(PHD ) Principio di funzionamento: produzione di coppie elettrone-ione ‘drift’ tra catodo e mesh moltiplicazione tra ‘mesh’ e strip/pad produzione di un segnale ‘veloce’ sulle strip di lettura 14 Regione di drift Regione di moltiplicazion e HV 2 HV 1 catodo mesh R R GND MicroMEsh GAseous Structure per… 1)Upgrade della regione forward del sistema di muoni di ATLAS in vista di SLHC 2)RD51 (WG1, WG5)  Buona risoluzione spaziale <100  m  Potenziale utilizzo come piani di trigger  Rivelatore robusto che puo’ essere prodotto industrialmente  Rate capability > 5 kHz/cm 2  Flessibile nella segmentazione del r/o  Risoluzione temporale ~ pochi ns RD5 Napoli : Micromegas In collaborazione con: Arizona, Athens (U, NTU, Demokritos), Brookhaven, CERN, Harvard, Istanbul, CEA Saclay, Seattle, USTC Hefei, South Carolina, St. Petersburg, Shandong, Stony Brook,Thessaloniki

15 …test-beam 2008… Si tracker Micromegas Beam Scintillator 15 Black: all tracks in Si tracker, extrapolated to MM Red:tracks without a hit in the MM ‘Radiografia’ Beam Mesh Strips Pillars 300 µm diameter 2.54 mm pitch Risoluzione spaziale

25 gen 2010M.Costa16 …test beam  Performance with/out isobutane in Ar+CO 2  Large area prototype  Spark protection options under study: -resistive coating -segmented mesh -double step amplification: MM+MM, GEM+MM Fe 55 spectra

ATTIVITA’ GRUPPI Trieste e Torino: R&D RIVELATORI DI FOTONI A THGEM RASSEGNA COMPLETA DEL LAVORO SVOLTO ALLA RIUNIONE CSN I 14-18/9/2009 (relazione Dalla Torre)RASSEGNA COMPLETA DEL LAVORO SVOLTO ALLA RIUNIONE CSN I 14-18/9/2009 (relazione Dalla Torre) 2 FLASH PER RICHIAMARE2 FLASH PER RICHIAMARE Silvia DALLA TORRE Silvia DALLA TORRE CSNI, Roma 25-26/1/2010 THGEM - Rivelazione di fotoni: comportamento stabile fino a 10 6 sono guadagni da PMT! Ar/CH 4 : 50/50 Effective gain: 0.91 · 10 6 progresso verso THGEM di grandi dimensioni

TEST BEAM DI FINE 2009, UN FLAVOUR Silvia DALLA TORRE Silvia DALLA TORRE CSNI, Roma 25-26/1/2010 THGEM Dedicated trigger system (scintillators) Small 30x30 THGEM 100x100 THGEM BEAM Primi segnali di luce Cherenkov 2 different positions of the quartz radiator, 20 mm difference

25 gen 2010M.Costa19 Tutte le sedi coinvolte in RD51 mostrano un grado di attivita’ elevato e i risultati ottenuti sono molto convincenti. Si notano progressi maggiori laddove l’attivita’ di R&D e’ collegata a una necessita’ di upgrade di esperimento temporalmente piu’ vicina. L’organizzazione dei gruppi italiani e’ variegata e ogni sede ha le sue specificita’. A livello locale si e’ raggiunto un buon livello di ottimizzazione delle risorse con la messa in comune di know-how differenti provenienti da esperimenti diversi (e.g. Bari), cosi’ come fra sedi coinvolte sullo stesso esperimento. Manca un coordinamento scientifico a livello nazionale oltre all’esistente coordinamento amministrativo (da discutere) Si ritiene opportuno sostenere la partecipazione alle riunioni di collaborazione RD51 con un’assegnazione di ME, ma si richiede un riscontro con un maggior numero di presentazioni nei WG rispetto al pregresso (~5%). Osservazioni

25 gen 2010M.Costa20 Proposta di Assegnazione ME 2010 (su dotazioni) I meetings previsti per il 2010 sono: –Mini week al CERN Febbraio –Collaboration Meeting a Friburgo Maggio –Mini week al CERN (luglio) –Collaboration Meeting a Bari (4-8 Ottobre)* personeRichieste Sett.2009 Assegn. Sett.2009 Richieste aggiuntive Assegn. Gen2010 Assegn. Totale 2010 BA CA LNF NA PI TO TS Totale

25 gen 2010M.Costa21 Varie BARI:E’ stato richiesto anche un contributo di 1.5 keuro su consumi per l’apertura di un Team account che permetta la registrazione al CERN dei colleghi che non hanno esperimenti in corso nel laboratorio si ritiene che questo costo possa essere assorbito sulle dotazioni vista anche la buona collaborazione fra i diversi esperimenti coinvolti in RD51 PISA/Siena: dare 1.5 keuro MoU 2010 non assegnati a Settembre LNF: riscontrata la manca assegnazione del MoU 2009 (per assenza di richiesta da parte della sede). Si propone di sanare la situazione con 1.5 k