Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 20051 TOTEM – luglio 2005 Politecnico di Bari and Sezione.

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1 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 20051 TOTEM – luglio 2005 Politecnico di Bari and Sezione INFNPolitecnico di Bari and Sezione INFN, Bari, Italy CERN, Geneva, Switzerland Case Western Reserve University, Ohio, USA Università di Genova and Sezione INFNUniversità di Genova and Sezione INFN, Genova, Italy University of Helsinki and HIP, Helsinki, Finland UniversitàUniversità of Siena e Sezione INFN di Pisa Siena e Pisa, Italy Academy of Sciences, Praha, Czech Republic Penn State University, Pennsylvania, USA Brunel University Uxbridge, UK

2 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 20052 Current models predict for 14 TeV: 90 – 130 mb Aim of TOTEM: ~ 1% accuracy Luminosity independent method: Total p-p Cross-Section COMPETE Collaboration : Optical Theorem

3 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 20053 TOTEM Detectors RP1 (RP2) RP3 220 m (180 m) 147 m Roman Pots: ~14 m CMS T1:  3.1 <  < 4.7 T2: 5.3 <  < 6.5 10.5 m T1 T2 HF Inelastic Telescopes:

4 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 20054 I telescopi inelastici di TOTEM in CMS Telescopio T2 Telescopio T1 Camera a vuoto CMS End Cap

5 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 20055 T1 and T2 Telescopes ~3 m T1: Cathode Strip Chambers Compass APV hybrids 400 mm Castor Calorimeter (CMS) Vacuum Chamber T2: GEMs 2004 Test Beam in X5 <IP5

6 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 20056 La collaborazione cresce… Collaboratori italiani: Il gruppo di Siena/Pisa e’ entrato in TOTEM ( +9 fisici, 4.5 FTE). Il gruppo di Genova aumenta (ora 8 fisici, 6.5 FTE).  Finanziamenti: Il CERN ha messo a Disposizione il finanziamento a TOTEM di 2.0 MCHF a maggio 2005. Il gruppo di Praga ha aumentato la partecipazione finanziaria a 200 kCHF + 300 kCHF in kind. I Finlandesi stanno facendo il necessario per inserire TOTEM nei programmi ufficali  Nuovi collaboratori stranieri: Ingresso di 2 gruppi USA (Penn. State e Case Western) fondi nel 2006  In prospettiva (?): Il gruppo di DESY e di Zeuthen decideranno presto la loro partecipazione a LHC, una parte potrebbe venire in TOTEM Estonia: interesse manifestato da Lipman.  Prima discussione dello MOU a ottobre 2004. La prossima riunione fissata per il 15/7/2004.

7 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 20057 CMS  TOTEM detector review con CMS il 3 maggio 2005  TOTEM electronic review con CMS il 12 maggio 2005 General Comments (dal documento conlcusivo) CMS would like to thank TOTEM for preparing a detailed series of presentations which allowed us to understand the TOTEM readout electronics conceptual design, how it interacts with CMS electronics implementation and procurement, and the status of TOTEM implementation. The concept appears sound, and the team is to be congratulated on reaching this stage of development with what are clearly minimal resources. A few general points were evident in the review: 1. From the CMS point of view, the concept appears to be compatible with the CMS DAQ and electronics readout, and probably requires the least development effort required to achieve this goal. 2. The complexity of this system is comparable to any subsystem in CMS – most of which have considerably more effort available. 3. The manpower appears to be very mismatched to such an ambitious project.

8 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 20058 Responsabilita’ italiane: Resp.Naz.: A.Scribano  Bari DAQ Generale e Trigger interface (parzialmente)  Genova Costruzione rivelatori ed elettronica FE di T1  Pisa/Siena Costruzione elettronica FE T2 e trigger inelastico Test ed installazione rivelatori a GEM (costruzione dei rivelatori resp. Helsinki, back-up da parte di Pisa se necessario) Queste responsabilta’ saranno discusse al prossimo CB di TOTEM Totem Italia : Bari, Genova, Pisa/Siena

9 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 20059 GENOVA  Costruzione Rivelatori di T1, La costruzione viene fatta a PNPI (st.Petersburg) con i disegni sviluppati a Genova e sotto controllo di Genova  Costruzione del “truss” (supporto sull’End Cap di CMS) Costruzione in Officina Meccanica di Sezione e prova nel magnete di CMS alla fine del 2005  Costruzione delle “centine” (assemblaggio telescopio) Disegno esecutivo, prototipo da Officina Meccanica  El. di Front End e Trigger, parte del DAQ del rivelatore In fase di progettazione/disegno finale, costruzione nel 2006  Simulazione parte inelastica  Assemblaggio al CERN inizio estate 2006 – inizio 2007  Test e commissioning su fascio al CERN Inizio estate 2006 – estate 2007 (ready in CMS per meta’ giugno 2006)

10 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200510 Costruzione rivelatori a PNPI  Costruzione rivelatori a PNPI con disegni e materiali forniti da Genova.  In preparazione contratto con PNPI (St.Petersburg).  Fornitura di attrezzature per il QA della produzione.  Fornitura materiali alla fine del 2005, per 80 rivelatori costruiti per fine 2006.  Delivery rivelatori del primo semitelescopio maggio 2006

11 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200511 IL TELESCOPIO T1 THE RAIL FRAMEWORK THE ALUMINIUM ”BASKET” -Struttura a traliccio fissata sull’anello piu’ esterno di CMS -Fissata con quattro piastre per rendere minima la possibilita’ di movimento rispetto alla camera a vuoto -Aggancio alle rotaie con profilo per minimizzare lo spazio necessario al supporto

12 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200512 PIATTAFORMA PER ASSEMBLAGGIO T1 Responsabilita’ CERN Progettazione secondo specifiche concordate con il nostro servizio di progettazione meccanica.

13 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200513 TEST INTEGRAZIONE CMS (SEPT. 2005) FRAME WITH LIFTING TOOL FRAME IN POSITION ON YOKE 3 E’ in costruzione un “truss” e un bilancino di supporto per sospendere il “truss” che sara’ necessario per l’installazione nel magnete di CMS. truss bilancino

14 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200514 Test prototipi T1 su fascio a Nov 04 Test di una catena di prototipi del rivelatore e della elettronica (ALICE like)

15 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200515 Readout scheme (11/04) CONCERN [CMS like] [ALICE like]

16 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200516  Test sul fascio del prototipo di un sistema completo con la lettura analogica dei catodi con il sistema di ALICE ha messo in evidenza un problema di bandwidth.  Si sta studiando un sistema alternativo per aumentare il rate di lettura. Elettronica di front-end T1

17 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200517 ALICE - FEC layout [Preamp][ADC & ZS] The FPGA builds a table of hit channels creation time 96  s/event: 15 clk - command to decode/chn 16*8 - channels @ 20 MHz i.e.: 10 kHz limit vs. 600 Hz min. bias @ 10^28 6 KHz @ 10^29 backgrounds 1-2 KHz

18 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200518 Readout analogico per I catodi: 1) modifica della FEC per costruire le tavole in parallelo. 2) readout come CMS con CFEB (piu’ veloce ma genera un grande volume di dati). Lettura digitale dei catodi: 1) I segnali del preamp. Analogico (BUCKEYE or PASA) vanno ad una serie di comparatori (LCOMP) per determinare la posizione del massimo in “mezza striscia” -> digital output con risoluzione ‘half strip’. La soluzione digitale e’ preferibile. Necessaria una simulazione dettagliata che e’ gia’ iniziata. 2 alternative allo studio 2 alternative allo studio

19 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200519 Setup a Genova Camere di test riportate a Genova. Quattro piani di CSC planes sono operative con gas e HV. Sara’ utilizzato per sviluppare l’elettronica finale del rivelatore e l’integrazione del sistema.

20 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200520 Fisica diffrattiva con CMS  Il contenuto della LOI in comune e’ stato concordato.  Draft LOI pronto per fine agosto, da permettere la discussione in LHCC a novembre. Fabrizio Ferro coordina la simulazione inelastica di Totem e partecipa attivamente alla stesura del LOI.

21 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200521 Interessi:  Responsabilita` del telescopio T2 a GEM.  Test di laboratorio e fascio.  Elettronica FE. Trigger Inelastico T1+T2 e relative schede.  Installazione. (Eventuale assemblaggio moduli presso ditta/istituto esterni)  Simulazione T2.  Giugno: Presentazione a Pisa. Richiesto (ottenuto) Progettista Elettronico + Supporto Tecnico Richiesta ammissione a Totem Utile incontro a Pisa con W.Snoeys (Electronics Coordinator di TOTEM) per definire impegno su elettronica T2. Pisa/Siena:

22 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200522  Attività : In sede:   Setup test di un modulo GEM-T2 letto con APV (Q4 2005)   Test con sorgente e cosmici   Test dei rivelatori T2 (Q4 2005-2006)   Simulazione del T2 e studi di rate   Progettazione trigger system   Contributo alla progettazione e realizzazione scheda di FE GEM con VFAT e CC Al CERN: Test dei rivelatori T2 (Q4 2005-2006) Test di integrazione con l’elettronica di CMS nel CMS 904 lab (Q1 2006) Test beam di 20 moduli finali T2 (Estate 2006) Assemblaggio e integrazione di T2 (Q3-4 2006 & Q1-2 2007) Pisa/Siena

23 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200523 5 µm 70 µm 55 µm 50 µm Electrons Ions 70 µm 140 µm Three GEM foils kept in position by thin spacers Three GEM foils kept in position by thin spacers Readout board is a printed board with pads and strips Readout board is a printed board with pads and strips Elettrodi 50  m kapton + 2x5  m rame Struttura fra 2 piatti honeycomb Stesalit T2: Triple GEM GAS ELECTRON MULTIPLIER

24 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200524 65(  ) x 24(  = 1560 pads Pads:  x  = 0.06 x 0.018   ~2x2 mm 2 __ ~7x7 mm 2 Strips: 256x2 (width 80  m, pitch 400  m )  =  /2 Analog R/O circular strips Via APV25 Digital R/O pads VFAT for Trigger 10 triple-GEM planes, to cope with high particle fluxes 5.3<|  |<6.8 Technology used in COMPASS pads strips Asymmetric back-to-back mounting Support – 2 rails per semi telescope Water cooling; 200 watts total to dissipate Cooling Gas in/out HV divider 13 VFAT + 4 APV /module Scheda di FE

25 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200525 Trigger out (8) Front End & Comp (128) DACs for bias Tracking Data Memory 256 deep Data out Trigger in Clock Reset Pulse Sync I2C signals Power Control logic Tracking Data L1 Memory 128 deep I2C SEU robust slow control registers Trigger generation VFAT ASIC specifico per TOTEM. Seconda sottomissione a settembre 2005

26 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200526 Coincidence Chip (CC)  Programmable coincidence between sectors of different planes  Advantages of full-custom chip for experiment:  Radiation tolerant, severe on-detector reduction of trigger bits  Ex: RP: trigger bits reduced from ~ 1000 to < 20 per RP station  I2C controlled, fully CMS compatible  Minimal latency, carries out coincidence within one clock cycle CCVFAT Up to 8 trigger bits/VFAT Up to 80 inputs CC Can cascade, 1 BC per layer Counting Room VFAT

27 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200527 BARI  Daq Generale e Trigger interface Infrastruttura generale DAQ + timing e interfaccia al sistema di trigger Partecipazione a tutte le fasi del progetto:  Design  Sviluppi  Implementazione  Run  Interfaccia e integrazione dell'esperimento nella sua collocazione finale

28 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200528  Attività : In sede:   Studio del timing e della distribuzione dei segnali di trigger   Sviluppo di software Al CERN: Test dei rivelatori T2 (Q4 2005-2006) Test di integrazione con l’elettronica di CMS nel CMS 904 lab (Q1 2006) software di Controllo/timing/calibrazione (2006) Test beams (2006– 2007) Costruzione finale e integrazione DAQ (Q3-4 2006 & Q1-2 2007) Totem Bari

29 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200529 Where TOTEM enters the CMS system  Totem specific part is close to detectors (i.e. front-end systems) and generation of LV1 triggers  Many arrows are crossing the boundary; care has to be taken in the integration (compliancy to CMS standards) LV1 Trigger Trigger throttle and control Data transport (DAQ) and record structure Detector control (DCS) (E.Radicioni presentation @ the Totem-CMS meeting 3/05/05)

30 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200530 RPS 1 RPS 2 RPS 3 RPS 4 GEM CSC 18 DCC 18 DCC 18 DCC 18 DCC CMS DAQ System FRL 2 S-Link FRL 2 S-Link FRL 2 S-Link FRL 2 S-Link FRL 2 S-Link FRL 2 S-Link FRL ? S-Link APV

31 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200531 TOTEM Readout/Test System nel CMS 904 lab. to FRL FRL or FED Kit VFAT Emulator DCC cPCI Crate VME64x Crate TTC

32 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200532 To FRL CMS ECAL Data Concentrator Card ECAL DCC Adapter + S-Link64 board - Partially Equipped Board: - 1 NGK Receiver for 9 channels; - 2 Xilinx Receiver Blocks and Deserializers; - S-Link64 on Rear Adapter; - 16MB of Spy Memory; - Reprogramming: - Receiver Blocks; - Event Merger; - Event Builder; ========================= = TOTEM need: ~20 DCC; ~20 Adapters and 20 S- Link64; ========================= = + Available Design + Board Used in ECAL; - Not Tested when partially equipped; - FPGA design changes; - VME Rear Modules; - Costs; ECAL DCC

33 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200533 Attivita’ TOTEM da finanziare nel 2005  Inizio costruzione T1 Acquisto di ¼ dei materiali per i rivelatori Disegno elettronica FE catodi. Prototipi per elettronica Anodi Prova installazione del supporto telescopio nel magnete di CMS  T2 Studio e disegno FE board per T2 Studio e disegno trigger inelastico Costruzione e prova di un rivelatore a GEM  DAQ Prototipo scheda DCC e VFAT emulator Inizio tests con CMS (lab 904)

34 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200534 Bari - ricercatori RicercatoriQualifica Percentuale Totem 2006 1V.Berardi Prof. Ass. 70 2M.Calicchio 70 3 M.G. Catanesi INFN - Responsabile Locale 70 4E.RadicioniINFN70 Ricercatori equivalenti: 2.8 M. G. Catanesi Responsabile locale

35 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200535 GENOVA - ricercatori per il 2006 RicercatoriQualifica Percentuale Totem 2006 1 Bozzo Marco Prof. Ass. 100 2 Buzzo Alberto 1° Ric. INFN 100 3 Ferro Fabrizio Assegnista100 4 Lo Vetere Maurizio Ric. Univ. 60 5 Macrì Mario Dir. Ric. INFN 90 6 Robutti Enrico Ric. INFN 40 7 Santroni Alberto Prof. Ord. 70 8 Sette Giuseppe Prof. Ass. 80 Ricercatori equivalenti: 6.4 M. Lo Vetere Responsabile locale + Dottorandi

36 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200536 GENOVA - tecnologi e tecnici per il 2006 TecnologiQualifica Percentuale Totem 2006 1 Cuneo Stefano Tecnologo30 2 Musico Paolo Tecnologo30 Tecnologi equivalenti: 0.6 TecniciQualifica Percentuale Totem 2006 1 Cerchi Stefano Tecnico70 2 Minutoli Saverio Tecnico70 3 Morelli Aldo Tecnico50 4 Negri Marco Tecnico70 Tecnici equivalenti: 2.6

37 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200537 PISA/SIENA + Assegnisti e Dottorandi A.Scribano Rappresentante Nazionale S.Lami Responsabile locale RicercatoriQualifica Percentuale Totem 2006 1 Bottigli Ubaldo Prof. Ord. Siena (?) 30 2 Ciocci Maria Agnese Ric. Univ. Siena 30 3 Lami Stefano Ric. INFN Pisa 70 4 Latino Giuseppe Ric. Univ. Siena 70 5 Meucci Mario Prof. Ord. Siena 50 6 Paoletti Riccardo Prof. Ass. Siena 30 7 Sanguinetti Giulio Primo Ric. Pisa. 50 8 Scribano Angelo Prof. Ord. Siena 60 9 Turini Nicola Ric. Univ. Siena 30 Ricercatori equivalenti: 4.2

38 Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC CSN1 - 6 luglio 200538 Richieste nel 2005  I referees daranno il dettaglio delle richieste