Il progetto Precision Proton Spectrometer Nell’ultimo anno CMS e TOTEM hanno lavorato assieme per proporre un programma di fisica combinato. Questo ha dato luogo alla nascita del progetto CMS- TOTEM PPS, che somma le potenzialità dei due rivelatori Il Memorandum of Understanding tra le due collaborazioni è in via di definizione, sarà completato nelle prossime settimane. CMS – TOTEM PPS sarà il primo rivelatore ad offrire una copertura di circa 16 unità di rapidità: CMS – TOTEM : coverage |h| < 8 Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

2015: CMS- TOTEM PPS TOTEM Roman Pots (RPs): detect protons scattered from diffractive and photon induced processes TOTEM T1/T2 tracking stations at very forward angles CMS Forward Shower Counters (FSC) covering |η| ~ 6-8 CMS full event information |η|< 5 TOTEM T1, T2 TOTEM RPs (220m) Forward Shower Counters (59-114m) Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

PPS Physics aide memoire Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

CMS - TOTEM Approval steps Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

Il nome del progetto… Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

PPS: Data Taking Phases Phase I (after LS1): low luminosity running (1-10 pb-1 ) (no new detectors) Common data-taking using TOTEM in the forward region Use cylindrical RP for impedance/detector studies for phase II Develop the Movable Beam Pipe for phase II Phase II (after LS1+ 1-2 years): high luminosity running. (1-10 fb-1 ) Replace the TOTEM silicon strips with rad-hard pixel detector Insert new timing detectors Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS 2 pots for Tracking 2 pots for Timing protone

CMS - TOTEM Detector, phase II Scopo del rivelatore: Rilevare i protoni in avanti con precisione ~ 30 micron Associarli al vertice giusto usando z-by-timing, 10 ps Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS Usare z-by-timing per selezionare il vertice giusto

Baseline for Tracking Detectors 2 tracking stations per side, each consisting of 6 silicon detector layers Each layer: 2x3 module of 3D silicon sensors readout by the PSI46dig ROC and TBM08 ASICs developed for the CMS phase 1 upgrade PPS Port Card The design will be derived from Fpix upgrade design, specifically the Pilot Run upgrade detector The use of the digital CHIP read-out chain allows synergy with the tracker upgrade group The PPS – tracking group: Torino, Genova, FERMILAB, Rio de Janeiro (all CMS members) Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS Readout controller chip

L’IMPEGNO ITALIANO Due gruppi italiani coinvolti sul tracciatore e coordinazione Torino: 3 – 4 FTE Genova: 1 – 2 FTE Il gruppo di Torino ha lavorato negli ultimi anni allo sviluppo di rivelatori al silicio 3D – pixel Wire bonding Lab setup with climate chamber Laser scan setup Scheda di test per il chip digitale appena arrivata Support from: INFN Mechanical lab INFN Electronics lab Collaborazione con FNAL and DESY su testbeam

PPS Pixel tracker Timeline • TDR: Sensor design: electrode configuration, slim/active edge, thickness • 2014: Dedicated sensor pre-production • Early 2015: Laboratory and beam tests • 2015: Final design and production Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

Back-up Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

CMS - TOTEM PPS: l’impegno italiano Il gruppo di Torino ha lavorato negli ultimi anni allo sviluppo di rivelatori al silicio in tecnologia 3D – pixel Questi rivelatori sono al momento la “baseline” del PPS, per installazione nel 2015-6. FERMILAB sta lavorando all’elettronica di lettura. La baseline del progetto prevede l’utilizzo di PS46Dig. Il gruppo PPS – tracking è formato dai seguenti gruppi di CMS: Torino, Genova, FERMILAB, Rio de Janeiro. Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

Accettanza Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS Pixel planes Timing

CMS - TOTEM PPS Hardware per 2016 A tracking detector (silicon based) to measure position Position and angle, combined with the beam magnets, allows to determine the momentum of the scattered proton A timing detector, to measure time.  Timing measurement (Cherenkov based) from both sides allows to determine which vertex the protons are coming from (in events with leading protons on both sides) and reject pile-up (proton from different pile-up collisions) Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS Pixel planes Timing

WHY 3D SENSORS? Wishes for PPS sensors: 3D interesting features: 3D sensors consist of an array of columnar electrodes [r ∼ 5µm] of both doping types which penetrate in the silicon substrate perpendicularly to the surface. Electrode distance and active substrate thickness are decoupled Wishes for PPS sensors: Slim edges: dead region < 100 mm Tolerance to inhomogeneous irradiation: > 5 x1015 neq/cm2 close to the beam, much less on the opposite side 3D interesting features: Low depletion voltage High radiation hardness, also for inhomogeneous irradiation Slim edges, with dead area reduced to ~100 μm Active edges, with dead area reduced to a few μm Spatial resolution comparable with planar detectors Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

I SENSORI NEL 2014 Piano a breve termine (ora – giugno 2014): Studio delle performance dei sensori 3D letti dal ROC PSI46dig  sensori 1E nei wafer prodotti per ATLAS IBL (attualmente a IZM) Scelta della configurazione degli elettrodi (1E, 2E, 3E, 4E)  imminente run di sensori FBK con vari layout ( e slim edge ~100 mm) ) Inter-electrode distance: 90 μm (1E), 62.5 μm (2E), 45 μm (4E) 2E scelta favorita al momento, ma 3E ancora da provare Piano a lungo termine: Disegno e preproduzione dedicata di sensori per PPS (estate 2014) Test sensori preproduzione (laboratorio pre/post irraggiamento e test beam) Disegno e produzione finale (2015) Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

ATLAS IBL RESULTS ON IRRADIATED 3Ds Main IBL requirements: Slim edges: dead region < 225 mm Hit efficiency > 97% after 5 x1015 neq/cm2 of irradiation Test beam results for a CNM irradiated 3D detector (t = -15 oC): Slim edge ~ 200 mm Inefficiency at columns (not sensitive areas) Overall efficiency: 97.5% (99%) at 00 (150) 150 corresponds to IBL tilt angle Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

PSI46dig Readout Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS

PPS port card Nicolò Cartiglia, INFN, Torino - PPS