1 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE STATO E CARATTERIZZAZIONE DEL RICH-1 DI COMPASS immagine dall’online event display ISTITUTI:  Torino, INFN e Universita’  Trieste, INFN e Universita’  Bielefeld, Universita’, contributo sistema gas  CERN, suppoto tecnico argomenti scelti:  perche’ parlare di RICH  il RICH-1 in COMPASS  le principali caratteristeche del hardware  le prestazioni del rivelatore S. Dalla Torre S. Dalla Torre INFN – TRIESTE ( per il gruppo COMPASS RICH ) Catania, 30/3-1/4/ IFAE

2 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE VITALITA’ DEI RICH 1/2 Physics Topic Examples: Exciting Issues (2004) Some Experiments with RICH; Active/ Future: (and without RICH) Heavy Flavor Physics Confronting the Standard Model: Confronting the Standard Model: Precision Measurements of CP Violation in B Sector; Are there experimental hints of New Physics? Are there experimental hints of New Physics? BaBar(SLAC), BELLE(KEK), CLEO- III(Cornell), CKM, SELEX, BTeV (Fermilab) LHCb (CERN); Super B- Factory (SLAC/KEK?) Hadron Structure Do Pentaquarks exist? Do Pentaquarks exist? Do other exotic hadrons exist? Do other exotic hadrons exist? What is quark content of new states? E.g., D s J [2317]; D s J [2460]; D s J [2632](SELEX); X(3872) What is quark content of new states? E.g., D s J [2317]; D s J [2460]; D s J [2632](SELEX); X(3872) Many of the Heavy Flavor Experiments above; HERMES(DESY); COMPASS(CERN); (SELEX(Fermilab)) GSI: PANDA, CBM HALL-A (JLAB) Neutrino Physics First Confirmed Physics Beyond SM First Confirmed Physics Beyond SM Are neutrinos Dirac or Majorana? Are neutrinos Dirac or Majorana? What is the mass hierachy? What is the mass hierachy? Neutrino Astrophysics Neutrino Astrophysics Super Kamiokande; SNO(Sudbury); Lake Baikal; Ice Cube(South Pole); Antares(Mediterranean); NESTOR (Greece) tabella di B. Ratcliff – RICH2004 (con qualche aggiounta)

3 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE tabella di B. Ratcliff – RICH2004 (con qualche aggiounta) VITALITA’ DEI RICH 2/2 Physics Topic Examples: Exciting Issues (2004) Some Experiments with RICH; Active/ Future: (and without RICH) Quark Matter at High Density (Heavy Ions) Discovery of Quark-Gluon Plasma HADES(GSI)PHENIX(RHIC)STAR(RHIC) ALICE (CERN) High Energy Frontier Discovery! Higgs?; Higgs?; Supersymmetry? Supersymmetry? CDF/D0(Fermilab) LHC/ILC Astro-particle physics Ultra High Energy Cosmic Rays; Ultra High Energy Cosmic Rays; Very High Energy Gamma Rays; Very High Energy Gamma Rays; Discussed at this conference AMS-02(Space) Auger (Argentina) HESS (Namibia); Puebla TUNKA (Siberia) Mexico/Chalcataya Magic (la Palma)

4 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE Con fascio di muoni * Contributo gluonico allo spin dei nucleoni  G/G Le funzioni di distribuzione di spin trasverso  T q (x) la separazione in flavour delle distribuzioni di densita’ polarizzate dei quark  q(x) la fisica delle  la produzione difrattiva di VM * Data collected COMPASS Con fasci adronici Reazioni Primakoff * -Polarizzzabilita’ del  e del K Glueball e ibridi Mesoni e barioni con charm -Decadimenti semi-leptonici -Barioni doppiamente charmati studio della fisica adronica

5 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE SM1 dipole SM2 dipole Polarised Target HCAL1 Muon-filter1,MW1 Micromegas,DC,SciFi Gems,SciFi,DCs,straws MWPC Gems Scifi trigger-hodoscopes Silicon LO SPETTROMETRO COMPASS RICH_1 BMS Gem_11 ECAL2,HCAL2 straws,MWPC,Gems,SciFi straws Muon-filter2,MW2 DW45 SciFi Veto FASCIO: 160 GeV µ µ/spill (4.8 s/16.2s) P  ~ 80%

6 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE COMPASS RICH-1 – IL DISEGNO DAI PARAMETRI DELL’ESPERIMENTO:  h-PID fino a p > 50 GeV/c  grande accettanza(= grandi dimensioni trasverse): H: 500 mrad H: 500 mrad V: 400 mrad V: 400 mrad  capacita’ di sostenere  rate di trigger fino a 10 5 Hz  rate di fascio fino a 10 8 Hz  materiale minimizzato + progetto del 1996 radiator: C 4 F 10 5 m 6 m 3 m photondetectors: CsI MWPC mirrorwall vessel radiator: C 4 F 10 detection of VUV photons ( nm)

7 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE PHOTON DETECTION rivelatori di fotoni: 5.3 m 2 MWPC (8 camere) con fotocatodi a CsI read-out: 84,000 canali analogici con intelligenza locale estesa MWPC con fotocatodi a CsI 2 fotocatodi, 60 x 60 cm 2 ciascuno

8 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE stoccaggio dei catodi montaggio dei fotocatodi in camera a guanti trasporto dei fotocatodi MWPC CON FOTOCATODI DI GRANDI DIMENSIONI, L’ESPERIENZA COMPASS CsI: igroscopico, l’acqua attacca la QE catodi mai esposti all’aria (max 50 ppm O 2, normalmente: 10 ppm) Tavolo rettificato con movimento x,y e microscopio per saldare I fili anodicisaldare I fili anodici verifiche dimensionaliverifiche dimensionali (planarita’, gap (planarita’, gap entro 100  m) entro 100  m)

9 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE COMPORTAMENTO DEI FOTORIVELATORI filo difettoso, diametro 20  m instabilita’ elettriche dei fotorivelatori in ambiente radioattivo (*), TEMPI DI RECUPERO LUNGHI ! (~ 1 d) instabilita’ legate a piccoli difetti locali superate con : controllo parametri geometricicontrollo parametri geometrici ispezione filo (al microscopio)ispezione filo (al microscopio) validazione al GIFvalidazione al GIF /8 camere stabili /8 camere stabili 2003, 2004 – segmentando la HV: 97% della superficie camere stabile 97% della superficie camere stabile  stabili fino a ~2000 V   fotoel = 65-70% (85% ai test beam) test beam) (*) nel fascio di  : flusso di MIP : ~ 5 x 10 5 / s / m 2 flusso di MIP : ~ 5 x 10 5 / s / m 2 flusso di fotoni : fino a 3 x 10 5 / s / cm 2 flusso di fotoni : fino a 3 x 10 5 / s / cm 2

10 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE IL SISTEMA DEGLI SPECCHI ‘la parete specchi VUV’, 21 m 2,116 elementi raggio: 6.6 m media sui 126 specchi, alla produzione 2000 COATING reflectance wave length riflettanza stabile nel tempo

11 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE LA MECCANICA DEL MIRROR WALL: COME ESSERE LEGGERI, RIGIDI E REGOLABILI la struttura meccanica della parete assemblata l’elemento della struttura modulare la parete durante l’assemblaggio mirror rear side supportiindividuali regolazione per l’allineamentoangolare, 2 movimenti ortogonali (ris. < 0.1 mrad) SPESSORE meccanica: 2.5 % X 0 specchi ~5.5 % X 0 STABILITA’: Dopo una deformazione iniziale di ~ 1 mard, stabile: 0.1 mrad su ~ 3.5 y la maschera di assemblaggio

12 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE IL SISTEMA DEL GAS RADAIATORE C 4 F 10 PLC and electricalinstallation compressors filters liquidstoragetank liquifier vessel funzioni: P relativa costante (+/- 0.1 mbar) P relativa costante (+/- 0.1 mbar) per limitare  P su per limitare  P su finestre del serbatoiofinestre del serbatoio Lastre di quarzoLastre di quarzo beam pipecontenente Hebeam pipecontenente He filtraggio del gas (rimozioneH 2 O, O 2 ) filtraggio del gas (rimozioneH 2 O, O 2 ) riempimento/recupero C 4 F 10 riempimento/recupero C 4 F 10

13 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAEPRESTAZIONI gas (atm. P) leak rate = 90 l/d perdite ridottissime: volume del serbatoio 85 m 3 lunghezza orale o-ring : ~ 100 m -ottima trasparenaza, meglio dei parametri di progetto meglio dei parametri di progetto -filtri on-line a funzioni separate: -catalizzatore Cu, ~ 40 0 C per O 2 -filtro molecolare 5A, ~ 10 0 C per H 2 O trasmissione attraverso 1,87 m, dal fit: H 2 O: ~1 ppm, O 2: ~3 ppm tipica trasmissione wavelength (nm) transmission C 4 F 10 : N2 = 95 : 5 stabile !

14 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE LA PREDIZIONE ON-LINE DI (n-1) [(n-1) meas – (n-1) cal ] / (n-1) (n-1) cal dalle misure di P, T linea continua (n-1) meas dall’analisi dei dati off-line punti red predizione alivello del ‰ PER PERMETTERE LA PROCESSATURA QUASI ON-LINE DEI DATI: UNA NECESSITA’ PER COMPASS, IN FATTI = 3 TB/day UNA NECESSITA’ PER COMPASS, IN FATTI = 3 TB/day

15 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE L’ INFORMAZIONE BRUTA un evento, run di calibrazione a bassa intensita’: 10 7 /sec a bassa intensita’: 10 7 /sec un evento, run standard ad Intensita’ nominale: 4 x10 7 /sec

16 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE LA REGIONE CENTRALE DEL RICH-1 Distance from Beam (mm) Efficiency Monitor efficienza PID da Monte Carlo geometrico 2 effetti combinati:- l’alone el fascio - le zone morte centrali - le zone morte centrali tutte le zone morte zone morte rimosse fotoni generati dall’alone del fascio plot cumulativo di eventi

17 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE LE PRESTAZIONI PER “FOTONI SINGOLI”  hit (mrad)  ring (mrad) particelle selezionate secondo l’angolo polare e producendo bande in  ring  informazione su : risoluzione risoluzione numero di fotoni rivelati numero di fotoni rivelati fondo fondo esempio

18 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE NUMERO DI FOTONI N. FOTONI FONDO nella regione dell’anello anelli con < 5 fotoni non ricostruiti non ricostruiti fit  C > 36 mrad  particella > 60 mrad  particle <30 mrad mrad mrad mrad mrad mrad mrad mrad mrad mrad mrad

19 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE RISOLUZIONE  misurato sugli anelli ricostruiti  RING (mrad) confronto della risoluzione da anello direttamente misurata (anelli ricostruiti) e calcolata dalla risoluzione per fotone singolo: in ottimo accordo  IL RIVELATORE E’ COMPLETAMENTE CAPITO risoluzione per fotone singolo  photon (mrad) p (GeV/c) risoluzione dall’anello  dalla risouluzione per fotone singolo e dal fondo  particle (mrad) 2.5  /K sep. up to 40 GeV/c

20 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE L’IDENTIFICAZIONE  K p  particle > 25 mrad p (GeV/c) > p thr (K) + 2 GeV/c

21 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE L’ EFFICIENZA DI IDENTIFICAZIONE  ± from K s decays p> thr. (= on average 0 photons ) p> thr GeV/c (=on av. 5 det. ph.s) p> thr GeV/c (=on av.8 det. ph.s) p> thr. + 2 GeV/c (=in m. 10 det. ph.s) 0-30 mrad = = 12.4 GeV/c = = 9.3 GeV/c = 7.1GeV/c = 7.1GeV/c = = 5.8 GeV/c = = 4.9 GeV/c = = 4.3 GeV/c mrad mrad mrad mrad mrad SPETTRI DI MOMENTO IN BIN DI  particle  particle (mrad) EFFICIENCY EFFICIENCY 

22 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE K ± from  decay (sample purity: 84% ) p> thr GeV/c (= on av. 5 det. ph.s) (= on av. 5 det. ph.s) L’EFFICIENZA DI PID, LA CURVA DI APPRENDIMENTO  ± da decadimenti K s (sample purity: 94% ) p> thr GeV/c (= on av. 5 det. ph.s) (= on av. 5 det. ph.s) software upgrade   particle (mrad) EFFICIENCY EFFICIENCY    particle (mrad) EFFICIENCY EFFICIENCY  PD stabilit y gasquality , 2004

23 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE 2002 : S eff (*) = 151 (8) 2003: S eff = 674 (17) (*) S eff =S/(1+B/S) Un esempio notevole:  G/G da open charm, il segnale  D 0 & D 0 senza rivelatore microvertice IL RICH-1 nella FISICA DI COMPASS 2002  2003 (2004) S eff /day * 4.9 Preliminary senza senza RICH RICH Preliminary

24 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE UNO SGUARDO AL FUTURO L’UP-GRADE DEL RICH-1 CON MAPMT catodo rimpiazzato da un pannello di MAPMT e lenti rivelatori di fotoni nella regione centrale: MAPMT (HAMAMATSU R7600-M16-03) fili anodici rimossi davant alle lenti: non c’e’ campo E

25 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE Si identififca chiaramente una regione completamente piatta (nessuna perdita di fotoni), adeguata per il settaggio non critico della soglia, fra la regione del cross-talk (a basse soglie) e la regione dove inizia la perdita di fotoni (visibile nel terzo plot) plot: hit multiplicity / event vs threshold setting, arbitrary units noise, PM off ~ 90 fC ~ 30 fC ~ 270 fC cross-talk plateau MAPMT & FOTONI SINGOLI plot cumulativi: gli anelli in linea

26 Silvia DALLA TORRE Catania, 30/3-1/4/ IFAE CONCLUDENDO  Il RICH-1 di COMPASS e’ pienamente operativo  ha raggiunto il plateau delle prestazioni nel 2003  Il RICH-1  progettato a meta’ degli anni 90  parametri di disegno severi concernenti  le dimensioni trasversali  le rate (beam, trigger)  RICH VUV di grandi dimensioni con radiatore gassoso  si sono riscontrate limitazioni nell’ operare fotocatodi a CsI di grandi dimensioni in ambiente radioattivo  la risoluzione di fotone singolo e’ soddisafcente e vicina al valore di disegno  la risoluzione per anello e’ limitata dal fondo fisico e dal numero di fotoni rivelati  permette separazione a livello di 2.5  di  / K fino a 40 GeV/c  il rivelatore e’ centrale per la fisica di COMPASS (esempio:  G/G)