MEG: stato dell’esperimento (da maggio scorso) A.M. Baldini, Frascati 20 settembre 2007

A.M. Baldini, Frascati 20 settembre 2007 Ricerca del decadimento meg con sensibilita’ a BR>10-13 (limite attuale: MEGA 1.2 10-11) Nucl.Phys. B763(2007) ... Detector outline Stopped beam of 3 107  /sec in a 150 mm target Solenoid spectrometer & drift chambers for e+ momentum Scintillation counters for e+ timing Liquid Xenon calorimeter for  detection (scintillation) A.M. Baldini, Frascati 20 settembre 2007

Responsabilita’ costruttive Switzerland Drift Chambers Beam Line DAQ Russia LXe Tests Beam line Italy e+ counter Trigger LXe Calorimeter Calibrazioni Japan LXe Calorimeter, Spectrometer’s magnet USA(UCI) Calibrations/Target/DC pressure system 5 febbraio 2007

Schema della presentazione Calorimetro e.m. Calibrazioni Timing counter Camere a drift Elettronica e DAQ A.M. Baldini, Frascati 20 settembre 2007

1. Calorimetro a xenon liquido dentro dentro Struttura di supporto PMT Camera fredda Camera calda (isolamento a vuoto)

Maggio alla SIMIC (CN) All’inizio di maggio finalmente (!!)fine dell’assemblaggio del criostato alla SIMIC (9 maggio visita di Nando: la terza alla SIMIC) Test raffreddamento a -110° Ok. Ma la parte fredda perdeva: N2 1.0 bar He 0.2 bar  5x10-7 mbarl/sec N2 1.0 bar He 0.4 bar  1.6x10-6mbarl/sec N2 1.0 bar He 0.6 bar  7.8x10-6mbarl/sec N2 1.0 bar He 0.8 bar  2.2x10-5mbarl/sec A fine mese alla SIMIC non si riusciva a trovare il motivo della perdita !! Per non perdere ulteriore tempo (10 + 7 mesi di ritardo) e non sottostare ad ulteriori richieste abbiamo deciso di portare il criostato al PSI e lavorarci senza impedimenti

Lavori sul criostato in giugno al PSI (2 tecnici INFN-Pisa per 1 mese) Trovato un buco sulla linea di saldatura della finestra sottile della parte interna del criostato: corretto con una saldatura. Evidentemente i test di tenuta (locali) della finestra sottile della SIMIC non avevano sensibillita’ adeguata.

b. Rilavorazione delle flange della camera fredda (giugno) Le guarnizioni metalliche (Garlock) non venivano compresse a causa della cattiva lavorazione delle flange della parte fredda Lavorate a mano le flange della camera fredda dai tecnici INFN Pisa Solo test di buona compressione di vecchie guarnizioni Acquisto 4 nuove guarnizioni perche’ la SIMIC aveva consumato tutte le 10 (30 K€) comprate cover flange gasket

Installazione PMT e tutto il resto completata in agosto Tutti I PMT montati nelle posizioni corrette: sulla faccia interna  ~200÷300 m LED Sorgenti Alfa (fili e superfici) PT100 (temperatura) sensors Fibre per laser Misuratore di livello A.M. Baldini, Frascati 20 settembre 2007

Test dei PMT prima di chiudere I coperchi: agosto Tutte le connessioni dei PMT provate individualmente Test dei PMT con tappi provvisori PMT test LEDs 700-800V applicati e check della forma d’onda all’oscilloscopio 4 PMT hanno problemi: O153 HV trip at 600V O088 HV trip at 400V B008 RHV=150kOhm T051 guadagno basso Spacer in Al per diminuire la quantita’ necessaria di xenon A.M. Baldini, Frascati 20 settembre 2007

A.M. Baldini, Frascati 20 settembre 2007 Calorimetro in posizione nell’esperimento Nuove guarnizioni arrivate a fine agosto Non possibile uso He per ricerca perdite Test perdita con xenon in pressione nella parte interna < 10-7 mbar l/s A.M. Baldini, Frascati 20 settembre 2007

2. Calibrazioni (C. Bemporad) CW arrivato a meta’ maggio. In maggio/giugno, installato,messo in funzione; realizzato il sistema di inserimento mobile nell’esperimento, fascio di protoni portato al centro di COBRA (acceso)

Uscita del fascio di protoni de CW dal muro Trasporto all’interno di COBRA

Novita' SVILUPPO E PROVE DI BERSAGLI DI FLUORURO DI LITIO PER UNA LUNGA DURATA E UNA GRANDE STABILITA’ I bersagli usati normalmente (5 m di LiF depositato su rame) hanno durata limitata. Cristallo spesso di LiF usato come bersaglio. provato sperimentalmente: Lunga durata (> 1 mese di normali calibrazioni del calorimetro) Qualita’ della riga  da 17.6 MeV e sua stabilita’ Stabilita’ dell’intensita’ dei  emessi RISULTATI SODDISFACENTI ! Novita' Cristallo di LiF LiF depositato su rame

STUDIO DEL BERSAGLIO DI LiF curva di eccitazione prima e dopo l’irraggiamento del cristallo linea  a 17.6 MeV, Li e F (scala log e scala lin) run di circa 1 ora, 1 A 550 keV NaI 4’’x 4’’

Novita' TEMPORIZZAZIONE RELATIVA DEI CONTATORI DEL TIMING COUNTER (prove da effettuare quanto prima) TEMPORIZZAZIONE RELATIVA DEI CONTATORI DEL TIMING COUNTER TEMPORIZZAZIONE FRA IL CALORIMETRO A XENON ED IL TIMING COUNTER MEDIANTE EVENTI A DUE FOTONI DALLA REAZIONE 11B(p,)12C (studio iniziale effettuato presso i LNL nel Gennaio 2006)

Boron -ray spectrum I = 240 nA Thickness = 1.84 m Tp = 500 keV K Bi Tl 4.4 MeV 11.6 MeV 16.1 MeV 11B + p --> (12C) then 12C +  (full energy Primary radiation) (12C) 12C* + ’ (lower energy primary radiation) 12C + ” (secondary radiation)

Novita' RAGGI X MEDIANTE I PROTONI DEL C-W Perche’ ? Studio della emissione X dal punto di vista dosimetrico. emissione indotta da protoni: X molto puliti (non Bremsstrahlung) Energia ed intensita’ variabile a piacere. Tecnica PIXE. Speranza di calibrazione in loco delle camere a drifts. Normalizzazione alternativa delle reazioni nucleari. Speranza di semplice misura continua dell’intensita’ del fascio di  (foglio degradatore in energia, come emettitore) Esplorazione delle potenzialita’ del nostro acceleratore.

FLUORESCENZA X e PIXE Studio preliminare della fluorescenza X indotta da sorgenti radioattive Sviluppo di supporto per bersagli, provvisto di finestra di Mylar Studio della emissione X indotta dai protoni del C-W e confronto con previsioni

STUDI DI FLUORESCENZA XRF (rivelatore prestato dal PSI) spettro sorgenti 241Am+55Fe Cu sorgenti e collimatori nickel e rame separati + moneta da 5 FS (cupronickel)

3. Timing counter: resp. F. Gatti (Ge+Pv+Rm1) Completato ed installato ad agosto

Nessun problema di durata dei PMT: (Pavia) Low Anodic current (90 uA) test on new 2” PM (life=360 C) > 3 times the life of PM achieved = 6 years of operation anode current of test PMT normalized to reference diode (arbitrary units) vs total charge produced by anode 100% Test durato anche piu’ a lungo

Scint. Fibers shaping Formed at 120 C (1) and machined for flat ends (2). Ready to be mounted with yield measurement superimposed(3) 1 3 2

Laser signal distribution Beam splitter ( about 150°) has been built coupling two prisms with a face covered by thin aluminun film.

4. Camere a drift Modificata la struttura di sostegno dei fili

Montate in esperimento ad agosto Accuratamente provate prima dell’inserimento nella struttura di supporto 3 Livelli di test Pretest HV Air + tightness Aquarium : functionality + tightness Cosmics Lab : other preamps + correct signal assignment inside COBRA up to panel Montate in esperimento ad agosto

Utilizzo dei cosmici anche in esperimento per l’allineamento delle camere 10 contatori (10 scintillatori plastici + 20 PMTs) Allineamento senza COBRA: attualmente in corso

5. Elettronica e DAQ Splitters (Lecce): installed, operational, expected performances, test in Dic 06 Long.TC readout electr (Pavia): Installed Fiber preamp: problem with an IC fixed, test passed, mounted on the TC detector, installed in Ago 07 Hit registers: mezzanine boards produced, FPGA firmware ready (PSI GPVME board), installed in Aug 07 Trigger (Pisa: M. Grassi): installed, operational, built-in debugging and control tool, need tuning after detector turn on, test in Dec 06 DRS2: installed, operational, good for timing, temperature dependence, ghost pulses DRS3: prototype test phase, final solution, non disponibile nel 2007 Aux digitizer (Pisa): production problem solved, prototype test completed successfully, installed DAQ: installed, operational, good performances, test in Dec 06 run Timing counter

DAQ rate vs. amount of data DAQ speed is not a limiting factor The total data size needs solution: 30 Hz is maximal VME speed for full waveforms → >270 MB/sec Data transmission limit is 20 MB/sec (=250TB/year) → need online reduction 10x (Re-binning, riduzione dati calibrazioni, trigger terzo livello) Storage limit is 30 TB/year → need offline reduction 8x (F. Cei)

Positron efficiency Confirmed by a 3° calculation including PR, tracking and fitting from DC to TC

missing hits missing hits Positrons from “off-centre” m-decays and hitting DCH outer frame

Way(s) out? Reduction of beam spot size on the target? (sx,y  1.1 cm  0.5 cm) is it achievable by shrinking the target (not this year) Background ? Investigate... Increase of the magnetic field? shrinking of the bending radius by  1 cm needed increase of B by  7% (B0 = 1.26 T  1.35 T) distortion of hit pattern on TC? might it affect COBRA behaviour? ...

A.M. Baldini, Frascati 20 settembre 2007 Sensitivity result Three different sets of windows: results do not depend on the cuts. The sensitivity limit is 2.15 x 10-13 equivalent to the sensitivity that one obtains with a box analysis assuming  0 bck. (not surprising). Important point: the spill-in of bck events within the signal region is automatically taken into account by the knowledge of the bck pdf. 2.15 x 10-13 N.B. Empty circles & crosses shifted by 0.05 on B.R. axis for clarity. of “null” experiment A.M. Baldini, Frascati 20 settembre 2007

A.M. Baldini, Frascati 20 settembre 2007 Collaborazione italiana Totale FTE: 18.6 da 14.3 (30%) 2008 2007 Genova: 2.5  1.8 Lecce: 1.0  1.0 Pavia: 2.2  2.3 Pisa: 11.0  8.7 RomaI: 1.9  0.5 (responsabilita’ in fase di definizione) L’accento si sta spostando verso l’acquisizione e l’analisi dati A.M. Baldini, Frascati 20 settembre 2007

Milestones 2007 concordate Data Descrizione 31/01/2007 Installazione del calorimetro a LXe 90% 31/01/2007 Completamento del commissioning della catena software di simulazione ed analisi 80% 28/02/2007 Risultati analisi dati del run di commissioning 2006 100% 31/03/2007 Realizzazione del sistema di introduzione del fascio di protoni nell’esperimento (calibrazione LXe) 100% 31/03/2007 Completamento della calibrazione del calorimetro a LXe 0% 30/06/2007 Presa dati stabile dell'esperimento con il rivelatore completo 0% 30/09/2007 Risultati di misure del fondo accidentale dell'esperimento, globale e suddiviso nei vari rivelatori 0% 30/09/2007 Messa in funzione del CW per la calibrazione del 100% calorimetro elettromagnetico 31/12/2007 Primi risultati dell’analisi dei dati 0%

Da dove vengono ? Front view (x-y) of m-decay vertices on the target x (cm) y (cm) Front view (x-y) of m-decay vertices on the target all events c2>50 || N1<5 Source of inefficiency for the TC

Magnete COBRA: Quench Problem Status The shielding and grounding scheme was improved after the December run. There hasn’t been no unexpected shutdown since then. No shutdown for ~10 days with SC+NC+Bypass during shutdown period. No shutdown for ~10 days with SC + (BTS) after accelerator started to run. The problem by the external noise seems fixed. A new problem happened during CW accelerator testing. COBRA was unexpectedly shutdown after 40 hrs operation. Still under investigation, but it seems there was a problem with NC power supply.