The Large Eta Muon tagger SLIDE DA INVIARE A DAVIDE BOSCHERINI PER L’INCONTRO CON I REFEREE DEL 4 Maggio 2017

Large Eta Muon Tagger – Stato del Progetto l’upgrade del Muon Spectrometer con il ”Large Eta Muon Tagger” offre la possibilita’ di identificare muoni fino a eta=4. Complementando cosi’, l’estensione del rivelatore di tracciamento nella stessa regione di pseudorapidita’ Diversi canali di fisica sono stati identificati trarre beneficio da tale upgrade. Studi quantitativi sono in corso in ambito “Upgrade Physics Group” (includendo i nuovi risultati su risoluzione in PT da ITK) La definizione del progetto, del rivelatore e delle fasi di R&D sono indietro rispetto agli altri upgrade di Fase2 Il profilo temporale del progetto e le fasi di approvazione seguono di fatto un percorso differente dagli altri upgrade: Il Muon Tagger non e’ considerato una priorita’ per il Run4 (>2026) La sua installazione puo’ essere fatta indipendentemente dagli altri upgrade. Puo’ anche essere considerata un’installazione successiva a LS3 (post 2024-2026) Verra’ incluso nel Muon TDR, insieme agli altri upgrade piu’ avanzati : Con meno dettagli tecnici, e con diverse opzioni per I rivelatori Successivamente (fine 2019/ inizio 2020 ? TBD) verra’ scritto un TDR specifico (un percorso simile al HGTD)

Espressione di Interesse dei Gruppi expressions of interest from: INFN (Cosenza, Lecce, Napoli, Pavia, Roma1, Roma 3) BMBF (Freiburg, Mainz, Muchen, Wurzburg) Chinese cluster (USTC, SDU, SJTU) France (Saclay) Greek cluster (NTUA,UoA,AUTh,…) Muon Phase II Upgrade Initial Design Review and Kick-off meeting october 18th 2016, IDR: https://indico.cern.ch/event/569954/ october 19th 2016, kick-off meeting, https://indico.cern.ch/event/569956/ Per i gruppi Italiani Un numero di persone e FTE molto elevati chiaramente con un profilo di impegno basso nei primi anni a causa di altri grossi impegni (NSW) ma crescente nei prossimi anni

Interessi INFN su items specifici R&D on improved Resistive MicroMegas detectors with small pads Development of NEW MPGD with “embedded electronics” (back bonded readout chips) Simulation and performance on benchmark detector (Rm3 PhD) Work started already in the context of MPGD-NEXT (CSN5) (INFN Rm3, Na), in collaboration with CERN (P. Iengo) and with the CERN PCB Workshop (Rui De Olivera) for prototype construction

Riassumendo – Lo stato del Progetto e i programmi di R&D La situazione attuale del progetto e’ quella di “iniziare” la fase di R&D dedicato. Non si tratta di un “bridge verso Fase2” ma piuttosto di una vera e propria fase di R&D Sui rivelatori: Nulla direttamente legato al Large Eta Muon tagger e in ambito ATLAS e’ stato fatto sinora. C’e’ un nostro interesse nello sviluppo di Micromegas a small-pad (INFN, CERN, potenzialmnte anche: Mainz, Greece) Altri gruppi propongono varie soluzioni alternative: microResistive Well (China); microPIC (Kobe); pixel nella regione interna (Saclay); Fast timing Micromegas (Saclay); in ambito CSN5 alcuni di noi sono impegnati in un R&D su Micromegas a small pad e a sviluppi con front-end "back-bonded”. Si tratta di un R&D che ovviamente ha un legame forte con il Muon tagger ma che al momento ha un respiro molto ristretto: pochi soldi, piccoli prototipi. Al momento questo sembra essere l’R&D piu’ promettente ed avanzato fra quelli considerati per il tagger. Per gli sviluppi in vista del Muon tagger dobbiamo aprire una fase di R&D dedicato gia’ a partire dal 2018

Richieste di finanziamenti per Attivita’ di R&D Al momento non abbiamo un piano di R&D presentabile. Lo stiamo sviluppando in questi mesi e sara’ presentato in dettaglio in Luglio Un piano di massima e’ il seguente: ENTRO FINE 2017: Finalizzare gli studi di performance considerando un benchmark detector Orientare le correnti attivita’ di R&D (p.es. MPGD-NEXT) verso il LEM benchmark detector META’ 2018: Valutare i risultati degli R&D oggi in corso Avviare la fase di R&D in “ATL_FASE2” Disegno e costruzione di un medium-size multi-gap prototype of the “benchmark detector” Sviluppi e test correlati: elettronica di FE, Cooling (e.g. small diameter cooling pipes with two phase CO2),… 2018 e 2019 Realizzazione e test dei prototipi (IDR – se necessario)  Selezione della tecnologia ...  TDR (fine 2019 / inizio 2020 ?), CB Approval, …. Stima(*) sulle richieste su ATL_FASE2 : ~100 kEuro distribuiti su 3 anni (30 / 40 / 30) (*) da definire entro luglio

BACKUP

The Large Eta Muon tagger (only here referred to as: LEM) The Large Eta Muon Tagger adds muon identification capabilities for 2.7 < |η| < 4, in conjunction with the coverage extension of the inner tracker the 5 cm groove will be made on the JD for the NSW and therefore already installed in phase 1… 25 cm, h=4.0 93 cm, h=2.7 < 5 cm Z~680cm

Physics Motivations ITk acceptance will be h<4.0  The LEM tagger will extend the muon acceptance greatly : ~50% in h Physics processes that would profit from large h (scoping document, ITK strip TDR, ) Increased acceptance for H ZZ mmmm Additional lepton veto for ZWmm l bkg in W+W+ Increased acceptance for ZV  multi leptons Perhaps interesting to look at A FB In progress: revisiting physics performance with updated pT resolution 5 GeV 20 GeV Studies being done by the Upgrade Physics Group

Large Eta Muon Tagger in the Muon TDR Wish-list of Physics studies for the Muon TDR H  4μ : Acceptance extension (e.g. dN/dy with/wo large-eta tagger) W±W±  μ±μ± : Effect of 3rd muon veto WZ  μμμ : Acceptance extension ? Wish-list of detector performance results for the muon TDR Efficiency and fake probability from standalone simulation. Outline of the LEM tagger chapter in the Muon TDR: Physics motivations Performance of a benchmark detector Detector options Electronics options Cost estimate (?) Now in draft version  To be completed by END OF MAY …time is extremely tight

NEXT STEPS – R&D on Detector and Electronics Development of MPGD detectors with high granularity, high density readout-channels, aimed at improving the high rate capability  ~1-10 MHz/cm2 R&D on improved Resistive MicroMegas detectors with small pads (CERN, INFN, Mainz) Micro-pixel Chambers (m-PIC) (JAPAN) Micro-Resistive WELL (USTC ) Fast timing MM (Saclay) Large common effort on: readout pattern, resistive pattern, optimal resistivity values, drift gap size, gas, …. very good progress by INFN (MPGD-NEXT) Front-End Definition of basic requirements Survey of what’s available on the market (compact, multi-channels chips) Front-end layout: Complex routing off detector planes Routing through flex ? Wire-bonded chips on the back of readout boards ? Cooling (e.g. by CO2) Project engineering development of new compact multi-channel wire-bonded (rad-Hard) chip ??? very good progress by INFN (MPGD-NEXT)

NEXT STEPS – Performance Studies SIMULATIONS Background simulation studies in particular for neutrals (sensitivity) and low energy electrons Estimates of punch-through from the calorimeter / fakes from non-muon events Fakes from correlated and uncorrelated background hits Validation of Background Simulations Installation of a small size prototype detector in ATLAS at the position of the large-eta Muon tagger PHYSICS MOTIVATIONS Strengthen the Physics case