Stato di NA62 M. Sozzi CSN1 6 Maggio 2016

Sommario Run 2015 and shutdown GTK CHANTI LAV RICH CHOD e NewCHOD TDAQ Run 2016 Richieste finanziarie

Run 2015 highlights Durata: 22 Giugno – 15 Novembre La linea di fascio P42 ha operato con la trasmittività corretta Solo trigger digitale durante il run: su molteplicità odoscopi, a fine run inserito trigger calorimetrico su energia EM e adronica Camere a straw lette insieme al resto dei rivelatori GTK letto insieme al resto dei rivelatori ~ triggers on tape Maggior parte del run a 20% dell’intensità nominale, periodo di presa dati minimum-bias a 1% dell’intensità per studio performance dei rivelatori, raggiunta l’intensità di fascio nominale alla fine del run Performance dei rivelatori secondo le attese a bassa intensità Studio dei dati ad intensità più elevate in corso

shutdown Oltre alle attività di responsabilità INFN elencate nel seguito: Consolidamento farm online per migliorarne efficienza e stabilità Interventi sull’elettronica del calorimetro e il firmware di lettura Muro di schermatura addizionale installato per diminuire il livello di radiazione sull’elettronica Modifiche all’airlock della zona T10 e ECN3 Infrastruttura per permettere il funzionamento del KTAG con idrogeno

Nel 2015 sono stati installati i rivelatori nelle tre stazioni con gli spessori dei chip TDCpix pari a 450 µm (GTK1) and 100 µm = valore di disegno (GTK2 and GTK3) L’acquisizione è stata fatta in L0-trigger match mode, per cui soltanto i trigger asseriti da L0 venivano trasmessi alla Pcfarm I rivelatori erano mantenuti ad una temperatura intorno a 0 0 C, per mezzo del cooling operato a un flusso ridotto di 2 g/s di C 6 F 14 a -25 o C, evitando problemi ma mantenendo la temperatura di funzionamento nell’intervallo previsto. Il Detector Control System (DCS) era funzionante I dati sono stati acquisiti con continuità e analizzati con il data- stream di NA62 GTK - Presa dati 2015

Correzione time-walk Distribuzione della differenza t GTK – t KTAG in funzione della quantità ToT (Time over Threshold) La correzione è stata fatta usando una quadratica di t GTK – t KTAG in funzione di ToT Risoluzione del KTAG = 80 ps Correzione time-offset per pixel Time offset Pixel dipende da: (1) Chip (2) Colonna (3) Riga Nessun termine di correlazione (riga,colonna) è stato introdotto per il momento GTK - Risultati 2015 (1)

Dopo aver applicato la correzione di Time-walk e quella del time-offset, si ottiene: Bias GTK1 e GTK2 pari a 300 V, bias di GTK3 pari a 216 V Avendo sottratto il contributo dovuto alla risoluzione del KTAG, si ottiene, per un bias di 300 V, circa 210 ps. GTK - Risultati 2015 (2)

Confronto risoluzione di massa con e senza GTK Il quadrato della missing mass calcolata per decadimenti: K + ->     senza (linea blu) e con (linea rossa) GTK Il quadrato della missing mass calcolata per decadimenti: K + ->     in funzione del momento del   senza (quadrati vuoti) e con (cerchi pieni) GTK (missing mass) 2 = (P K – P p ) 2 GTK misura il quadri-impulso del K, mentre le STRAWS misurano quello del p + GTK - Risultati 2015 (3)

Bump-bonding Per la seconda produzione, i wafer dei chip TDCpix sono stati caratterizzati con una probe-station per individuare i chip funzionanti 4 assemblies sono stati consegnati da IZM ed altri 5 sono in arrivo Tutti sono stati portati a 100  m di spessore, nessun problema nel distacco dopo l’assottigliamento I sensori utilizzati sono di tipo n-in-p (FBK) Un ulteriore batch di 19 assemblies è stato ordinato (numero stimato sufficiente per la durata dell’esperimento) GTK - Preparazione produzione rivelatori

GTK - PCB carrier Nuova versione del PCB carrier Per migliorare il wire-bonding Possibilità di reset individuale del singolo chip Aggiunte alcune capacità di disaccoppiamento Verranno utilizzati per tutti i nuovi assemblaggi

GTK - Micro-channel cooling (1) Produzione fatta da CEA-Leti Due opzioni sono state studiate: Opzione A Opzione B spessore 275  mspessore 205  m

Bonding OK Bonding KO Artefatto della scansione GTK - Micro-channel cooling (2) Ritardo dovuto a problemi nel bonding dei micro-channels: riunione 11 Maggio con CEA-Leti per capire l’entità del problema

GTK - Problema rumore (1) Durante la presa dati del 2015, si è sviluppato un rumore sui pixel di tutte e tre le stazioni Il noise NON origina nel sensore e non dipende dalla tensione di reverse bias La lista dei pixels rumorosi cambia in funzione del tempo con tempi caratteristici di 100 s Il rumore è aumentato con il tempo durante la presa dati (quindi sembrerebbe seguire il livello di radiazione), ma i chip più centrali NON mostrano un’attività maggiore dei periferici La distribuzione dei ToT non è molto diversa dai segnali fisici Anche dopo alcuni mesi rimane presente un’anomalia

Per escludere il danno da radiazione, abbiamo irraggiato un chip e un chip+sensore con una Total Integrated Dose (TID) molto maggiore di quella a cui sono stati sottoposti gli assemblies durante la presa dati del Dopo l’irraggiamento i chip si comportano correttamente e I vari parametri caratteristici come ENC e guadagno dell’amplificatore non cambiano. GTK - Problema rumore (2) Come procedere? Si acquisiscono e controllano i parametri operativi (temperature, radiazione, tensioni e correnti di alimentazione) su vecchio assembly (in corso) Quando il sistema è completamente sotto controllo (1-2 settimane) si installa un nuovo assembly su fascio

GTK - DAQ (1) Durante il run 2015 I sistemi DAQ del GTK sono stati commissionati e debuggati dal gruppo di Ferrara I dati sono stati raccolti continuamente all’intensità nominale del fascio e integrati nel flusso dati di NA62

Software DAQ GTK-PC operazionale, unisce dati triggerati da L0 da 10 schede RO (1 stazione GTK) inviando eventi completi alla PC farm SW per il server di Run control implementato: gestisce DAQ SW, configurazione e operazione delle schede RO e TDCPix ASICs. SW 30 moduli GTK-RO completamente equipaggiati installati a NA62. GTK Timing Unit (GTK-TTC) commissionata, fornisce segnali di temporizzazione di alta qualità high agli ASIC TDCpix. Firmware delle schede GTK-RO per funzionamento L0-trigger- matched sviluppato e debuggato. Migliorato il precedente FW per lettura standalone HW/FW GTK - DAQ (2)

Numerosi miglioramenti FW per GTK-RO (incluso reset individuale delle schede). Implementato reset del Carrier tramite fibre ottiche da GTK- TTC. Software GTK-PC modificato per lettura a Livello 1. Aumentato numero GTK-PCs da 3 a 6. Migliramenti nel software di controllo. Possibilità di leggere 1 TDCpix/station in modalità trigger- matched e standalone contemporaneamente. Migliorie per 2016 GTK - DAQ (3)

CHANTI - rate Rates medi in accordo con le simulazioni entro 10-20% Problemi per via di modulazione del fascio e/o spikes Re-cabling. TDCB da 6 a 8 per ridurre problemi TDAQ. MC Data 2015

CHANTI - efficienza e risoluzione 2015 T CHANTI - T Ref (ns) Efficienza di singolo layer valutata su straight MIPs Include correzioni di time walk, ma non di posizione

CHANTI - Potenziale problema SiPM Correnti di buio a parità di overvoltage aumentate di un fattore 2-3 Spread fra i valori misurati dell’ampiezze di singolo fotoelettrone da circa 1 mV a circa 3 mV Primi segni di degrado. Non un problema per adesso. Monitorare attentamente il comportamento e entro Settembre decidere se necessario programmare una sostituzione dei SiPM.

LAV- Test nuovi feedthrough Air side Vacuum side 3 prototipi con base in PEEK consegnati Dic 2015 Test positivi in vuoto e HV a breve termine, i nuovi feedthroughs tengono 4 kV per diversi giorni anche in condizioni di umidità Test HV a lungo termine a seguire Identificato problema con connettori HV, tutti sostituiti con una versione modificata

LAV – Test alta tensione/umidità 22 Evaporazione graduale di acqua nella campana, igrometro per misurare UR Cavo inserito Test a 4 kV per diversi giorni Mantenuto a 2 kV durante chiusura natalizia

LAV – Test alta tensione a lungo termine Nuovi prototipi #1 e #2 montati su flange 40mm flange, a terra Confronto time-to-failure con feedthrough LAV4.05 (mai usato in NA62)

Progresso sul codice di ricostruzione LAV e analisi dati Primo tentativo di stimare efficienza globale per tutto il sistema LAV: inefficienza intrinseca risulta inferiore a quella geometrica attesa Difference between LAV hit time and event time from KTAG (ns) for different thresholds, for the twelve stations LAV - analisi Average mip detection efficiency for different stations as a function of threshold.

LAV – Test HV a 1.5 kV ConnectorHistoryTest conditionResult LAV Multiple fails in hrs at 1500V 3 connectors in series 13 ch tripped (10 uA) 9 ch drawing (1 uA) Failure reproduced LAV8.01Multiple fails in hrs at 1500V7 ch tripped (10 uA) 6 ch drawing (1 uA) Failure reproduced LAV8.00No fails in hrs at 1500V1 ch tripped (10 uA) Partly reproduced LAV4.05Never used1005 hrs at 1500V ~ 42 days No problems observed Prototype #2New design (PEEK)1005 hrs at 1500V ~ 42 days No problems observed Prototype #1New design (PEEK)950 hrs at 1500V ~ 39.5 days No problems observed

LAV - programma 04/12Uncable LAV HV, bring cables to SPIE 05/01Plug connectors delivered, SPIE starts work on cables 08/01Last date for order to have feedthroughs on time Order slow to converge (formally went out 11/03) Green light to order materials and start work 29/01 01/02New HV cables ready 15-19/02Frascati technicians re-install install HV cables 01/03Feedthroughs ready at Vaqtec, installation in flanges 15/03Flanges ready for installation and testing 21/03-1/04 new flanges installled and tested on experiment all channels installed, no dead channels Despite the tight schedule we succeeded to be ready in time for the data taking thanks to the enormous work done by our technicians.

Motivazioni La soglia viene messa al limite inferiore del range dinamico per preservare l’efficienza per depositi energetici fino a ∼ 40 MeV (1/3 di una MIP) Qualsiasi variazione nel guadagno dei PMT si rifletterebbe direttamente sull’efficienza Una diminuzione del 10% nella risposta alla soglia (7 mV) causa una perdita di efficienza di alcuni percento 2% di inefficienza aggiuntiva su 5% dei blocchi darebbe un’inefficienza globale 0.1% Fluttuazioni nella risposta dovute a: - Invecchiamento dei fototubi (PMT hanno 30 anni!) - Ingiallimento dei blocchi per danno da radiazioni - Variazioni di temperatura nel partitore e nell’elettronica di front-end - Effetti non noti LAV – Sistema di calibrazione (1)

Implementato su schede VME 9U installate nei crate Wiener dell’elettronica di front-end 32 canali per scheda con uscite su 2 connettori DB37 Altezza d’impulso regolabile nell’intervallo 0-20V con precisione di 14 bit Triggering Ingresso comune per tutti i canali Trigger interno free-running fino a 100 kHz Sistemi di controllo remoto CANOPEN o Ethernet, da decidersi Controllo locale via USB 85 schede pronte e testate, non installate durante lo shutdown per mancanza di tempo (problema flange HV). Programma di montarne alcune (1 per LAV) durante il primo accesso lungo all’inizio del run per test LAV – Sistema di calibrazione (2)

RICH – attività shutdown (1) Piezo-motors (attuatori per allineamento specchi) riparati a dicembre 2015 Sostituiti circa una dozzina di motori Sistema completamente testato

Vecchi specchi semi-esagonali rimossi a dicembre Nuovi specchi semi-esagonali installati a gennaio RICH – attività shutdown (2)

Allineamento specchi completato a gennaio Allineamento finale usando dati RICH – attività shutdown (3)

Installazione beam Pipe all’inizio di febbraio RICH – attività shutdown (4)

Vessel del RICH evacuato Riempimento con Neon effettuato Manutenzione ordinaria dell’elettronica di FE, HV, LV, DCS Miglioramento del firmware di trigger L0 da RICH in corso RICH – attività shutdown (5)

RICH – Dati 2015: raggio Čerenkov

SX: risoluzione temporale intrinseca dei fotoni Cerenkov: differenza temporale tra tempi di fotoni da due parti di un anello, risoluzione dell’anello è metà della deviazione standard (  70 ps). DX: differenza temporale tra il tempo medio di un anello e il tempo del KTAG (  140 ps). RICH – Dati 2015: risoluzione temporale

Massa invariante (quadrata) ricostruita usando l’impulso (dallo spettrometro) e la velocità (dall’angolo Cerenkov) Elettroni, muoni e pioni selezionati con informazioni da spettrometro e calorimetro RICH – Dati 2015: massa

Per efficienza 86% pione, soppressione muone all’ 1.3% Efficienza pione vs. soppressione muone in funzione del taglio in massa invariante Buona performance che ci si aspetta migliori dopo gli upgrade effettuati RICH – Dati 2015: separazione

CHOD – Odoscopi Dal draft dell’articolo sul rivelatore di NA62: «The system consists of the NA48-CHOD detector from the former kaon experiment NA48 and a new CHOD detector optimized for the high rate conditions of NA62. The NA48-CHOD is located immediately downstream, while the new CHOD is immediately upstream, of the LAV12 detector: the two detectors are about 70 cm apart in the longitudinal direction, and can be operated simultaneously. The NA48-CHOD exploits a high granularity design based on coincidence of signals in a plane of vertical and a plane of horizontal scintillator slabs. It was refurbished in 2012, and has been operated successfully since the NA62 run in The new CHOD with a single plane of scintillator tiles and a finer tile configuration in the high occupancy area near the beam axis was installed after the end of the 2015 run».

NA48-CHOD in NA62 Il riadattamento dell’odoscopio di NA48 è stato assegnato al gruppo di Perugia, in vista del run tecnico del 2012: INFN task force: Perugia-LNF-Pisa-Firenze Il vecchio CHOD di NA48 ha funzionato adeguatamente da allora in NA62 Durante i vari run di NA62 il rivelatore ha fornito il trigger di L0 da particelle cariche con una risoluzione temporale online inferiore a 0.5 ns, e una risoluzione offine sul tempo della traccia O(200ps), come in NA48, su un ampio range di impulsi. Un nuovo CHOD è stato installato durante lo shutdown , adatto a funzionare a intensità nominale, da commissionare durante il run 2016

NA48-CHOD performance in 2015 Differenza temporale (ns) tra una barra orizzontale e una verticale di NA48-CHOD Larghezza circa 400 ps per il fit Gaussiano a intensità del fascio 40% del nominale Differenza temporale (ns) tra il segnale di traccia di NA48-CHOD e il segnale del KTAG (contributo KTAG inferiore a 100 ps) Run 2015, 1% beam intensity (risultati preliminari) σ = 370 psσ = 225 ps

NA48-CHOD - riadattamento 4xLAV FEE board 1xTEL62 + 4xTDCB Rivelatore completo (128 ch.): 128 scintillatori plastici, XP2262B PMs, cavi di segnale e HV, meccanica Sistema HV System originale: SY403 CAEN (NA48), 2 main frame (1/piano) Obsoleto, non integrato in DCS: sviluppato sistema di controllo standalone Diversi fallimenti: non riparabile e moduli non sempre disponibili al CERN E-pool 2 moduli affittati nel 2016 Elettronica Front End (nuova): 4 LAV FEE boards (32 ch ciascuna) + cavi Prototipi di LNF + 1 modulo spare (comprato dalla collaborazione NA62) TDAQ: 1 TEL TDCB (TDAQ spares) 256 ch necessari a causa delle doppie soglie di LAV FEE; 4 TDCB (256 ch x 2) per mantenere i rate entro limiti accettabili; L0 trigger firmware simile a quello del RICH (hit multiplicity); Firmware specifico per coincidenze H-V e correzione online per punto di impatto per ottenere risoluzione temporale migliore per trigger L0

NA48-CHOD – consolidamento ? NA48-CHOD è stato finora un elemento importante nei run di NA62 per il trigger L0 e per fornire una buona risoluzione temporale offline A causa della buona performance, la Collaborazione NA62 ha recentemente deciso di mantenere il NA48-CHOD in funzione per tutti i periodi di presa dati, fino al 2018 Il funzionamento di NA48-CHOD si è basato sulla stretta collaborazione di diversi gruppi che hanno fornito materiale e manpower: ➞LAV Front-end electronics dal gruppo LAV (LNF); ➞Sistemi HV e TDAQ dai gruppi RICH e TDAQ groups (PI, FI, PG). Si è acquisita una grande esperienza sul rivelatore usandolo in NA62 ➞Il gruppo RICH TDAQ ha beneficiato delle attività legate alla TEL62 dato che parti del firmware per NA48-CHOD è anche usato per il trigger RICH. Per mantenere NA48-CHOD in funzione fino al 2018 è fortemente consigliabile il consolidamento del sistema HV dopo il run ➞Il sistema HV proposto è compatibile con quelli usati dagli altri rivelatori con esperienza acquisita ➞La sua integrazione nel DCS è semplice

NewCHOD – Nuovo rivelatore (1) Inizio discussione e progettazione 2012 Collaborazione tra IHEP, INR, Pisa, con la collaborazione di CERN, Mainz e Perugia (nessuna richiesta a CSN1) Lavoro di disegno, progettazione, test dei componenti, caratterizzazione degli elementi e montaggio guidato e realizzato da fisici di Pisa

NewCHOD – Nuovo rivelatore (2) 152 mattonelle di scintillatore con lettura mediante fibre multiple WLS e SiPM

NewCHOD – Nuovo rivelatore (3) Misura di ampiezza per ogni mattonella Inefficienza media − 3

NewCHOD – Nuovo rivelatore (4) Installazione e montaggio nello shutdown Elettronica di front-end (Mainz) con constant-fraction discriminator non pronta per il run 2016: uso temporaneo di discriminatori CAMAC LeCroy Elettronica di acquisizione utilizzando una TEL62 utilizzata solo parzialmente da altri rivelatori e TDCB spare Firmware di trigger L0 sviluppato da Birmingham/Louvain come copia di quello MUV3 Pronto per il run 2016

TDAQ – Sistema comune (1) Produzioni complete; 10% delle schede non hanno superato i test iniziali; TDCB quasi tutte recuperate, TEL62 non ancora Miglioramento del sistema di test in laboratorio per simulare meglio (su singola scheda) rate con distribuzioni variabili Check statistici offline hanno permesso la misura delle non- linearità intrinseche dei chip HPTDC Le fluttuazioni di intensità del fascio anche su scale di tempi molto lunghe (75 Hz) possono saturare canali di readout «caldi» e i generatori di primitive di trigger L0. Introdotte protezioni per avere «soft failures» e introdurre tempo morto istantaneo marcando gli eventi, diluizione canali, aumento buffer Limitazioni nei FW di trigger L0 hanno permesso trigger semplici a intensità limitate, a fine run introdotto trigger calorimetrico (per ora basato su energia) Nessun fallimento FW, effetti di radiazione

TDAQ – Sistema comune (2) Firmware di trigger L0 per RICH e CHOD riscritto da zero Trigger calorimetrico: implementazione cluster counting a breve Sdoppiamento primitive L0 a entrambe le versioni del L0TP in 2016 Reiezione del trigger software L1/L2 insufficiente nel Sviluppato e installato algoritmo di trigger di L1 per spettrometro (fattore di reiezione 3), algoritmi di L2 in studio Trigger basato su GPU usato parassiticamente; intero RICH in 2016 Strategia: run all’intensità più elevata che consentita dal TDAQ con buona qualità dei dati, obiettivo condizioni controllate e stabili a intensità del 50% per ottenere “physics-grade” data Importanza di estrazione uniforme da SPS Idee per raddoppio delle capacità di banda per il trigger L0, da testare durante il 2016

Tutto l'hardware installato all'inizio del run (37 TEL62 e 185 mezzanine) Aggiunti gli ingressi dei calorimetri elettromagnetici IRC e SAC e dei calorimetri adronici MUV1 e MUV2 Primitive di trigger su link GbE all'L0 Trigger Processor TDAQ – Trigger calorimetrico L0 (1)

Trigger in energia basato su calorimetri elettromagnetici (LKr, IRC e SAC) ed adronici (MUV1 e MUV2) Selezione di eventi con   nello stato finale e veto di eventi K + →     Funzionamento senza problemi evidenti (perdita o corruzione di pacchetti, overflow delle FIFO interne, ecc) fino all'intensità nominale (100%) Finalizzato il Run Control SEU (1-2 per ora al 100% dell'intensità): implementato meccanismo di riprogrammazione delle FPGA Algoritmi di clustering e di readout in corso di scrittura Mezzanino di readout (prototipo n. 2) in corso di produzione TDAQ – Trigger calorimetrico L0 (2)

Fisica

Missioni AssegnatoImpegnato 30/4% impegnato Ferrara45 K€23.3 K€52% Firenze38 K€16.2 K€43% Frascati87.5 K€45.7 K€52% Napoli57 K€20.4 K€36% Perugia87 K€26.7 K€31% Pisa64.5 K€15.9 K€25% Roma 116 K€8.8 K€55% Roma 231 K€10.5 K€34% Torino87 K€10 K€11% Numerose attività importanti durante lo shutdown Run 2016 iniziato: date confermate 25/4-15/11 (205 giorni) Sub-judice indiviso: 94.5 K€ di cui chiederemo lo sblocco a Luglio per compensazioni Possibile sofferenza globale a fine anno 9/15 run coordinators INFN, oltre agli esperti on-call dei rivelatori di responsabilità INFN

Richieste finanziarie Oggi: 13 K€ di integrazione ai MOF per correggere il cambio CHR/EUR «È difficile fare previsioni, soprattutto sul futuro» (N. Bohr) A luglio: richiesta sblocco SJ missioni A settembre: -Eventuali necessità GTK (terremo informata la CSN1) -Eventuali necessità sostituzione SiPM CHANTI, O(15 k€) -Consolidamento NA48-CHOD, O(35 k€) -Eventuali necessità di integrazione missioni per completare il run

SPARES

55 To keep the NA48-CHOD suitably working up to the end of the NA62 runs (2018) the consolidation of the HV system would be envisaged. Costs: The NA48-CHOD consolidation CAEN HV SYSTEM (RICH-like)NCost/1pcsTotal Cost CAEN SY Universal Multich. Power Supply System – Basic 600W15.7 K€ CAEN A1535SN - SYx527 H.V. Ch KV (3 mA), SHV common floating (24 ch, double width) 64.95K€29.1 K€ SHV connectors (RICH-like): 1 SY x A1535SN, cables not needed  Total cost (CAEN): 5.7K€ SY K€ A1535 = 35.4K€ Multipin connectors (LAV-like): 1 SY x A1535, a new patch panel to interface SHV-multipin connectors and new cables needed  Total cost (CAEN): 5.7K€ SY K€ A1535 = 34.5K€  Costs for new cables and the patch panel interface to be added: ≈10K€ CAEN HV SYSTEM (LAV-like)NCost/1pcsTotal Cost CAEN SY Universal Multich. Power Supply System – Basic 600W15.7 K€ CAEN A SYx527 H.V. Ch KV (3 mA) Multipin connector (32 ch, single width) 44.6 K€18.4 K€ CAEN Multipin to SHV adapter (48 ch HV board, Desktop +Rack)4x21.3 K€10.4 K€

CHANTI - selezione anelastici Usare le capacità traccianti del CHANTI per selezionare un campione di eventi inelastici su GTK3 usando solo il CHANTI Estrapolazione al piano GTK3 di eventi «inelastic-like» e «muon-like» rispettivamente Utile per selezionare campioni di controllo del fondo per le analisi di fisica Eventi anelasticiMuoni

LAV – nuove flange

LAV - Installazione 58 Installation crew 4 technicians to install & test 2 teams of 2 Cesidio, Vincenzo, Emilio, Sauro Ready for flange delivery on 22 Mar Technicians can test HV continuity Mauro Raggi for readout tests with TEL62s 21/03 – 25/03 29/03 – 02/04