RD51 2013 Status & prospettive M. Costa (M.G.Catanesi ) CSN1 Torino 2012 MicroMegas Thick GEM (THGEM)

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1 RD51 2013 Status & prospettive M. Costa (M.G.Catanesi ) CSN1 Torino 2012 MicroMegas Thick GEM (THGEM)

2 RD51 Collaboration: Motivazioni e Obiettivi RD51 e’ collaborazione internazionale a livello mondiale fra i gruppi coinvolti in attivita’ di RD nel settore ( circa 450 fisici,75 istituzioni, 25 paesi) Il goal principale di RD51, e’ di facilitare lo sviluppo di rivelatori a gas di ultima generazione (Micropattern Gas Detectors MPGD) e l’elettronica ad essa associata per applicazioni sia in fisica delle alte energie che per la ricerca applicata Per raggiungere tale obiettivo RD51 favorisce la condivisione delle conoscenze nel settore e ottimizza le risorse attraverso lo sviluppo di “simulation tools” e ReadOut systems comuni, utilizzo di infrastrutture di test-beam e di “irradiation facilities” nonche’ metodi e infrastrutture per la produzione di MPGD (anche attraverso l’esternalizzazione) In questo senso RD51 guida le attivita’ di R&D nel settore ma non definisce in che direzione si debbano muovere i progetti dei gruppi o degli esperimenti RD51 stimola e aiuta gli sviluppi tecnologici e fa da incubatore di nuovi progetti, in cui pero’ la fase realizzativa e’ affidata ai singoli gruppi o esperimenti

3 2007 nasce RD51 2008 Approvazione del proposal al CERN 2009 Approvazione dell’MOU ( con l’OK dell’INFN) valido fino al Dicembre 2013 Nuovo MOU in preparazione

4 Partecipazione Italiana Circa 50 fisici 7 gruppi afferenti alla CSN1 + 1 gruppo alla CSN3 Ottima visibilita’ all’interno della collaborazione – Silvia Dalla Torre : Chairman del Collaboration Board – Gianni Bencivenni: membro del Management Board (5 membri in tutto) – M.G. Catanesi Contact person del gruppo Italiano – 15-20 presentazioni/anno durante I meeting di collaborazione (media degli ultimi 3 anni) – Numerose note e articoli collegati

5 Bari Cagliari Trieste PisaSiena Torino Bari LNF LHCb KLOE2 Compass TOTEM ATLAS CMS Attiva collaborazione fra le sedi che condividono programmi scientifici comuni sullo sfondo di un organizzazione su scala nazionale principalmente di carattere amministrativo RD51/CSN1

6 RD51 Bari Gruppo TOTEM/T2K V. Berardi, F.S. Cafagna, M.G. Catanesi,M.I. Intonti, M. Quinto,E.Radicioni TPC a GEM e MicroMegas T2K (CSN2) Ottimizzazione Performances T2 a GEM per l'esperimento TOTEM (con Pisa) Caratterizzazione prototipi,studio delle miscele Upgraded Totem DAQ con SRS (Sviluppato in RD51) Sviluppi di tecniche alternative di foratura dei piani di polimide Gruppo KLOE2 G.De Robertis,O. Enriquez,F.Loddo, A. Ranieri Rivelatore a GEM di vertice per KLOE2 (con LNF), Elettronica di ReadOut (Gastone) Gruppo CMS M.Abbrescia, A. Colaleo, M.Maggi, S.Nuzzo, G. Pugliese Sviluppo e caratterizzazione rivelatori a gas. Simulazione Montecarlo Upgrade con piani di GEM (regione Forward) in CMS NEW ! => Technical Proposal submitted to CMS approval

7 Attivita’ (ottobre 2011- settembre 2012) Realizzati piani di MM con la tecnica di ablazione laser Test della prima camera (in collaborazione con Saclay) in corso) Sviluppata e testata in laboratorio e su fascio l’elettronica di readout (GASTONE-KLOE2) specifica per GEM. Produzione e installazione a Frascati in corso Campione di MM al “laser” Gastone per KLOE2 In laboratorio caratterizzazione di prototipi: ottimizzazione miscele per guadagno telescopio T2 di Totem

8 Bari/CMS 3 anni fa una parte del gruppo CMS/RPC di Bari ha cominciato a partecipare all’attivita’ di Rd51 per puro interesse intelletuale Dopo 3 anni questo interesse si e’ concretizzato in un Technical Proposal attualmente al vaglio della collaborazione CMS Buon esempio di come Rd51 sia un incubatore di nuove iniziative Il gruppo di Bari, ha partecipato ai tests-beam, alle simulazioni e alla stesura del documento + RD51-FEC OptoRX Interface sviluppata a Bari Bari/TOTEM Sostituzione del sistema VME del DAQ di TOTEM Prototipi realizzati Dimostratore in preparazione Buon esempio di sviluppo condiviso L’SRS sta diventando uno standard per gli esperimenti CERN

9 In RD51 tale attività si inserisce nel framework del Working Group 1 Technological Aspects and Developments of New Detector Structure): task1: single mask technology for large area GEM  realizzati circa 40 fogli di GEM di grande area (area attiva fino a ~40x70 cm2) task2: R&D on an innovative Ultra-light Vetex Detector based on the Cylindrical-GEM technology  R&D concluso nel 2009;  Progettazione rivelatore finale e tooling di costruzione conclusa, 2010-2011;  Inizio costruzione primo layer a luglio 2011; attualmente completati e testati i primi 3 layers;  costruzione layer 4 in corso, completamento previsto per fine 2012;  installazione e commissioning 2013. Partecipazione del Gruppo LNF a RD51 G. Bencivenni, E.DeLucia, J.Dong, D.Domenici,G.Felici, G. Morello, E. Tskhadadze Il gruppo LNF è impegnato nella costruzione dell’Inner Tracker dell’esperimento KLOE2, costituito da 4 layers di GEM Cilindrica Primi 3 (su 4) layers dell’Inner Tracker

10 Figura 1: L’abbassamento delle soglie possibile per il minor livello di rumore dovuto ai nuovi settings, permette di abbassare il guadagno del rivelatore mediamente di un fattore due. Figura 2: Velocizzare il segnale migliora la risposta del chip. L’utilizzo di CF4 rimane comunque non giustificato in TOTEM allo stato attuale. Ottimizzazione delle condizioni di lavoro dei rivelatori a GEM tripla con readout tramite l’ASIC VFAT2 per l’esperimento TOTEM (fase consolidamento). Misure eseguite in fascio presso l’SPS durante il test beam di RD51 in Agosto/Ottobre. Ambiti di studio: 1. Modifica dei settings del chip di front end. 2. Utilizzo di differenti misture di gas, (in particolare caggiunta di CF4 ) 3. Modifica della struttura interna del rivelatore (studi di carattere piu’ generale) rivolti all’ottimizzazione dell’utilizzo della carica primaria rilasciata dalle particelle incidenti... Riduzione guadagno a parita’ di efficienza ≈ 1/2 Attivita` in RD51 di Pisa/Siena Partecipanti: M.G. Bagliesi, R.Cecchi, G. Croci, V. Greco, S. Lami, G.Latino, E. Oliveri, A. Scribano, N. Turini.

11 RD51 & TRIESTE-TORINO Progressi highlights (THGEM per gamma): Studio sistematico dell’omogeneita’ del guadagno Studio sistematico dell’ IBF (ion backflow) L’invenzione dei fotorivelatori ibridi:THGEM +MICROMEGAS RD51 & TRIESTE-TORINO-Compass TRIESTE M.ALEKSEEV, A.BRESSAN,S.Dasgupta S. DALLA TORRE (contact person) S.LEVORATO,G. MENON C.SANTOS,F.TESSAROTTO TORINO Daniele PANZIERI (contact person) Michela CHIOSSO

12 RD51 @ Cagliari In collaborazione con LNF, Firenze and Roma1, R&D per Triple-GEM detectors in vista dell’ l’upgrade della regione centrale della Muon Station M2 (rates ~ 1MHz/cm2 per (L ~ 2x10 33 /cm 2 /s ) – Built 2 prototype detectors for M2R1 and M2R2 using the new assembly technique (embedded stretcher) to assess the assembly technique and to evaluate the performances of such detectors – Built a few 10x10 cm 2 detectors for laboratory – Test detector performance with the LHCb MWPC gas mixture: time resolution (cosmic rays), gain ( 55 Fe source), spark (alpha source) – if OK it will simplify detector installation on M2 – Perform a test with ~10 MeV neutrons (at ENEA-Frascati) to evaluate the impact of Heavy Ionizing Particles in the LHCb environment on detector performances – In conjunction with our electronic team, start developing the new detector electronics (FEE + fully digital post-processing) to be used to readout these new detectors RD51 Cagliari12 Investigating the possibility of using Triple-GEM detectors for the upgrade of LHCb Muon Detectors – Initial studies on detectors and on readout electronics – Cost estimations (see LHCb Upgrade presentation) – Definition of an R&D program for 2013 Start studying the triple-GEM new detector design proposed by Rui de Oliveira  we successfully built a prototype, see this link for details – detector test to be started in the near futurelink Attivita’ 2012

13 Micromegas R&D –Napoli  MM performances: μTPC: simulazioni e primi risultati incoraggianti: risoluzione spaziale O(100μm); buon accordo MC-dati in campo magnetico  MM performances: μTPC: simulazioni e primi risultati incoraggianti: risoluzione spaziale O(100μm); buon accordo MC-dati in campo magnetico Napoli & MAMMA collab.13  MM di grandi dimensioni: 100cmx100cm affiancando due PCB (60cm e’ il limite attuale della macchina del CERN per lavorare PCB. Il CERN ha acquistato macchine di dimensione maggiore (1m) per le quali sarà necessario un nuovo edificio (2014) 5mm Napoli (M.Alviggi, V.Canale, R.deAsmundis, D.dellaVolpe, M.dellaPietra, R.Giordano, P.Iengo, V.Izzo, G.Sekhniaidze) in collab. con MAMMA (Arizona, Athens (U, NTU, Demokritos), Brandeis, Brookhaven, CERN, Carleton, Istanbul (Bogaziçi, Doğuş), JINR Dubna, MEPHI Moscow, LMU Munich, CEA Saclay, USTC Hefei, South Carolina, Thessaloniki)  2D readout: struttura con più piani di readout per la stessa gap di gas: strip incrociate xy oppure tre layers xuv

14 DOCUMENTAZIONE SCIENTIFICA, cont. PUBBLICAZIONI (ultimo anno, lista non esaustiva) S. Dalla Torre, "Status and perspectives of gaseous photon detectors", Nucl. Instr. and Meth. A (2011) 111; M. Alexeev et al.,"Progress towards a THGEM-based detector of single photons", Nucl. Instr. and Meth. A 639 (2011) 130; M. Alexeev et al.,"Detection of single photons with ThickGEM-based counters", Nucl. Instr. And Meth.A(2011),doi:10.1016/j.nima.2011.11.079. M. Alexeev et al.,"Detection of single photons with ThickGEM-based counters", JINST 7 (2012) C02014. G.Morello et al. “ Design and Constructions of a cylindrical GEM detectors as the inner tracker of the KLOE-2 experiment “:2011 Pos STOR11(071) D. Abbaneo et al. “An overview of the design, construction and performance of large area triple-GEM prototypes for future upgrades of the CMS forward muon system” JINST 7 (2012) C05008 S.A. Tupputi et al :”Performance studies of large-area triple-GEM prototypes for future upgrades of the CMS forward muon system”. M.Quinto et al. “The TOTEM GEM telescope (T2) at the LHC” Nucl.Phys.Proc.Suppl. 215 (2011) 225-227 N.Abgrall et al “Time Projection Chambers for the T2K Near Detectors” Nucl.Instrum.Meth. A637 (2011) 25-46

15 25 gen 2010M.Costa15 Proposta di Assegnazioni RD51 - 2013 (su dotazioni) Missioni Estere (su Dotazioni) 2 Collaboration meetings + 2 mini-week Ratio assegnazioni: 1keu metab + 2 per resp(RN,CB,MB ) RichiesteAssegn.commento BA2+31+2RN CA1*1metab LNF2+11+2Bencivenni MB NA31metab PI2*1metab TO11metab TS2+2 1+2Dalla Torre chair CB Totale19.013.0 12 keu Common fund assegnati indivisi su Dotazioni Bari / consumo

16 backup

17 Large GEM Foils for KloE2 Large GEM Foils for KloE2 3 GEM foils spliced and envelopped in a vacuum bag 700 mm active length 1000-1400 mm large Before gluing each GEM foil is tested with HV (up to 600V) in a N 2 flushed plexiglass box, to reduce RH below 10% X strip V strip 2-D readout with XV strips on the same plane Multilayer Kapton circuit realized at CERN Anode Readout

18 Micromegas R&D Riduzione delle scariche: problema risolto con l’aggiunta di un layer di strip resistive sugli elettrodi di lettura Napoli & MAMMA collab.18  Allineamento: richiesta precisione su posizione delle strip <20μm. Allo studio diverse opzioni (interferometria, fotogrammetria etc.) anche in collaborazione con ditte specializzate Test in neutron beam (10 6 Hz/cm 2 ) Standard MM Resistive MM  Industrializzazione: Tecnica ‘industrializzabile’ di produzione delle MM (bulk) sviluppata al CERN, trasferimento tecnologico verso le aziende in corso da parte del CERN (RD51 – sforzo comune per MPGD) Due le industrie allo stadio piu’ avanzato: CIREA (Parigi) ELTOS (Arezzo). ELTOS gia’ in contatto con INFN per la produzione di THGEM (Trieste) Primi prototipi installati in ATLAS

19 Supporto continuo per il sistema di acquisizione e controllo TURBO sviluppato dal nostro gruppo per il VFAT2. Attuale utlizzo: -TOTEM test -GEM grandi per CMS -GEM Tracker di RD51 Supporto (HW/SW) per TURBO DAQ&CTRL Software Analisi Dati (RD51 GEM Tracker+VFAT2) Implementazione del software di analisi per il tracker a GEM letto tramite VFAT2, sviluppato per la collaborazione RD51 da M.Alfonsi e G. Croci. Attuale utilizzo: -Analisi per TOTEM test -Analisi per gli studi sulle GEM grandi per CMS effettuati con il VFAT2 Attivita’ R&D 2013 1.Ottimizzazione della distribuzione delle alte tensioni per rivelatore a GEM tripla tramite partitore resistivo. Gli attuali circuiti di protezione rappresentano un fattore limitante in caso di alto rate. Un compromesso tra reale protezione e performance deve essere spesso utilizzato. 2.Aumento della settorizzazione “esclusivamente” per l’ultimo foglio GEM per limitare la corrente raccolta per settore ( vantaggioso in condizioni di alto rate ). Lo studio e’ rivolto a valutare il reale effetto sulle zone morte di lettura.