Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 G. Calderini BaBar: stato dell’apparato INFN e Universita’ di Pisa.

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1 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 G. Calderini BaBar: stato dell’apparato INFN e Universita’ di Pisa

2 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Statistica totale accumulata: 244.06 fb –1 1999 2000 2001 2002 2003 2004 1.62 23.76 40.05 31.32 56.71 90.60(+ ~15) raccolti piu’ di 110 fb-1 Run 4 estremamente produttivo 17fb -1 /month Obbiettivo prefissato era di 100 fb-1

3 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Luminosita’ giornaliera Efficienza di BaBar Order of 98-99% at the end of the run

4 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 250 50 100 150 200 300 0 5/3/99 9/11/001/21/02 6/2/03 10/11/04 Delivered RecordedContinuum 22fb -1 /mese Totale BaBar + Belle = 244 + 286 fb -1 = 0.530 ab -1 !! Anche Belle sta facendo molto bene !

5 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Numero di bunch: –Nel 2003: 1030 bunch in pattern per-3. –Novembre 2003: 1230 bunch in pattern per-2. –Gennaio 2004: 1317 bunch in pattern per-2. –Maggio 2004: 1561 bunch in pattern per-2. Due stazioni RF aggiunte (8 HER, 3 LER). –I - = 1376 mA di picco, I + = 2430 mA peak Trickle injection –Ora iniezione continua dei due fasci (piu’ efficienza nella presa dati e maggiore stabilita’ della macchina) Recenti miglioramenti alla macchina durante il run

6 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Muro di schermo a IR2 sul forward Aggiunta di un’ulteriore stazione RF nel LER Aggiunta di un’ulteriore stazione RF nel HER Nuovo kicker longitudinale per il LER Nuovi elettrodi per i kicker trasversi Aggiunta di raffreddamento lungo il HER Costruzione della nuova camera a vuoto (upstream HER Q5) Riallineamento Miglioramento del sistema di iniezione Date Total recorded (fb-1) July 2003132 July 2004240 July 2006518 PEP II GOALS Seeman scenario Miglioramenti alla macchina (shutdown estivo) I - = 1800 mA di picco, I + = 3300 mA peak Correnti aspettate per il 2005

7 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 DCH: Upgrade dell’elettronica della camera per limitare il futuro deadtime a luminosita’ piu’ alte –Shutdown 2004 upgrade del firmware: wave-form decimation Il nuovo firmware e’ stato adattato per le caratteristiche delle FPGA originali Le FPGA da scrivere sono state procurate Sostituzione avvenuta durante lo shutdown Test hanno dato risultati soddisfacenti –Summer 2005: nuova board di front-end con nuova feature extraction su FPGAs on-board.Un gruppo si e’ raccolto per finalizzare il design entro quest’anno. Attivita’ sul detector

8 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Trigger Level 1 Upgrade: z-trigger –ZPD and TSF production done. Boards test OK. –Interface board production complete, tested with no problems. GLT microcode ready at the end of June. –Partial DCZ system already running in IR2. Commissioning has proceeded well; system features understood. –Triggering of BaBar with the new trigger at the beginning of run5

9 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Instrumented flux return

10 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 IFR-RPC (vedere talk Ferroni a CSN1 giugno) Tentativo di allungare la vita degli RPC il piu’ possibile Curato empiricamente con inversioni di flusso delle catene Shielding wall Protezione aggiunta sul forward per limitare i fondi di macchina Studio del problema di aumento di corrente su alcune camere (le seconde lungo il percorso del gas)

11 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Studio in corso sul contenuto in acido fluoridrico del gas in uscita e sua dipendenza dall’umidita’. Flussi maggiori (o percentuali di H2O minori) rendono secca la camera con conseguente aumento di resistivita’ e perdita di efficienza. Tuttavia un aumento di H2O nel gas comporta un aumento nella formazione di acido fluoridrico Misure sono state fatte per cercare di ottimizzare i parametri e l’analisi dei dati raccolti e’ in corso.

12 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Barrel RPC are being replaced with Limited Streamer Tubes (LST) –12 Active Layers, 6 Layers of Brass Absorber –Top and Bottom Sectors in Summer ’04 –Remaining 4 sectors in 2005 Each Layer consists of 6 to 10 LST Modules –Each module contains of 2 or 3 “Tubes”, which have been produced at Pol. Hi. Tech. and assembled at Princeton and OSU –Strong QC activity in Italy and US Sextant 4 (bottom sextant) successfully installed The installation proceeds on schedule October the 15th: ready for the beginning of the run Upgrade del barrel: LST

13 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Summary of tube production at PHT

14 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Module assembling LSTs have been assembled in modules to improve the mechanical rigidity of the structure and to make easier the cabling. Three type of modules have been designed to minimize the dead space inside the gap:  2x8cells  2x7cells  3x8 cells A ground plane is glued on top of the module. Mechanical supports have been installed to hold cables and connectors and for the grounding.

15 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Istallazione Cominciata puntualmente 1/8/04 con il sestante 4 Nessun problema di stabilita’ meccanica dopo rimozione supporti angolari Rimozione RPC e istallazione ottone piu’ veloce del previsto Primo layer di tubi istallato con successo il 15/8/04 Primo sestante finito il 4/9/04 Istallazione layers del secondo sestante iniziata il 19/9/04. Fine prevista per il 6/10

16 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 QC and selection of modules at Collider Hall, Slac Boxes with tubes under test

17 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Sestante 4 durante e dopo l’istallazione Forward side Backward side

18 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Sestante 4, layer 18 Studio dei plateau in singola (andamenti simili per altri layers) 214 tubi istallati Tutti a tensione nominale 856 canali di lettura operativi 2 strips z su 1228 interrotte

19 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Software Present situation All software for data-taking and prompt reconstruction is already near completed (this includes cabling maps, fast monitoring, ODC; geometry, reconstruction) In particular: the new geometrical description already in database and used by both simulation and reconstruction Code tested in latest release 15.x.x Moose histograms (Geant 4) on ee  mu mu gamma Future milestones: October 20: Reconstruction validated with cosmic-ray data November 15: Reconstruction and simulation validated with collision data December 20: Muon selectors optimized and ready for reprocessing

20 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 X LST layer number September 11, 2004 Reconstructed 1-D clusters in Bottom sextant One week after the end of the first sextant installation LST DAQ already in a very good shape and integrated in the BaBar DAQ Ottimizzazione soglie e controllo cablaggi Istallazione, oltre che tubi ha riguardato la FEE e I sistemi di gas e HV Test di QC eseguiti con rivelatore in configurazione finale

21 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Recent milestones successfully passed May 20 -- 80 modules to SLAC -- Signal cables delivered -- 4 th shipment (168 Tubes) from PHT -- Complete HV cables for 10 modules at SLAC June 15 -- HV Cables for 2 sextants to SLAC June 8 -- Ship all modules for 2 sextants from OSU and Princeton June 15 -- 5 th, 6 th shipments (168 tubes ea) shipped from PHT -- All HV supplies for 2 sextants to SLAC -- All Modules for 2 sextants arrive at SLAC -- Q/C for all tubes for 2 sextants underway at SLAC June 30 -- All Electronics, crates for 2 sextant to SLAC July 27 -- 7 th, 8 th shipments (168 Tubes) from PHT [Final Shpm.] Aug 1-- RPC Removal begins Aug 15-- Install First Layer (18th layer Bottom Sextant) Sept 4-- Bottom Sextant Complete Near-future milestones Oct. 6 -- End of top sextant installation Oct. 15 -- Detector closed, ready for data taking Seconda fase dell’upgrade: I 4 sestanti rimanenti verranno upgradati con lo shutdown 2005

22 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Silicon Vertex Tracker

23 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Funzionalita’ di base: il detector e’ stabile 3/104 sezioni non acquisite Forward Layer 5 noisy module Layer 3 ROS z-side short Backward 1/104 sezioni non acquisite Layer 2 ROS phi-side short

24 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Prospettive di deterioramento Danno da radiazione: –Incremento in currente di leakage (0.5  A / Mrad @ 17C) –Cambiamento tensione di svuotamento (inversione a 3 Mrad) –Diminuzione dell’efficienza di collezione di carica –Aumento del rumore (19% / Mrad), riduzione del guadagno (4% / Mrad) nell’elettronica –Degrado della performance del sistema di protezione dalla radiazione Occupancy: –Diminuzione dell’efficienza di ricostruzione –Peggioramento della risoluzione

25 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 5Mrad limit: Soft S/N deterioration Diminuzione di performance con la dose S/N = 10 at 5 Mrads, S/N = 6 at 10 Mrads

26 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Estrapolazioni per la dose e la occupancy 1) Dose estrapolata Moduli fouri dal piano orizzontale: non un problema Moduli del piano orizzontale: problemi cominciano verso il 2006 14Mrad 3Mrad

27 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 35.3% 34.5% B  J/  s Un esempio tra i modi piu’ sensibili : soft  da  B  D* 56% 51% Set E = 2 chips del piano orizzontale spenti in L1& 2 (32 ICs) Scenari con tutti i moduli del piano orizzontale spenti (L1-2, backward e forward, phi e z) (IRREALISTICO) Studi sono stati fatti per valutare l’impatto sulla fisica di scenari diversi, caratterizzati da una perdita di prestazioni in una regione attorno al piano orizzontale Possibilita’ di perdere prestazioni nel piano orizzontale

28 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Risoluzione peggiora ~ 6µm/10% Raddoppia quando la occupancy ~ 20% 20% Impatto della occupancy 20% HOT RMS Residuals La occupancy influisce sulla performance sia in termini di risoluzione e di efficienza di ricostruzione Hit efficiency Effetti studiati usando i dati raccolti durante un problema di vuoto a PEP-II

29 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Estrapolazione della occupancy, chip per chip, usando parametrizzazione estratta da studi di fondi da macchina ed applicata alle future correnti 2) Occupancy estrapolata YEAR 2004 YEAR 2007 Per molti chips la occupancy potrebbe essere il vero fattore limitante independentemente dal danno da radiazione

30 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Una nota a parte: il problema del layer-4 In maggio e’ stato osservato un incremento anomalo nella corrente di bias di un modulo del layer-4. Un’analisi piu’ dettagliata ha indicato che almeno quattro altri moduli del layer-4 presentavano lo stesso problema. FL4M11 Apr MayJun 300uA 10uA FL4M16 AprMay Jun

31 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 In poco tempo molti altri moduli hanno iniziato a mostrare lo stesso effetto > 150uA > 100uA > 50uA Nessuna correlazione nella posizione Nessun effetto nei layers interni (quindi non e’ semplice danno da radiazione) Nessun effetto nel layer-5 (distante solo pochi millimetri) Nessun cambio critico nella temperatura/umidita’

32 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Comportamento anomalo in funzione del fascio e della tensione di bias HER, LER Bias current La corrente diminuisce quando non c’e’ fascio (il fascio ha un ruolo) Se il bias viene rimosso mentre c’e’ fascio, quando il detector viene polarizzato nuovamente, la corrente e’ diminuita (il bias ha un ruolo) Nessun legame con la trickle-injection No beam

33 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 A questo ritmo, molti moduli del Layer-4 sarebbero diventati inutilizzabili in pochi mesi A questo punto abbiamo deciso di togliere un modulo dall’acquisizione e di usarlo per test approfonditi Una prima svolta e’ avvenuta quando abbiamo variato il potenziale delle strisce di metallo di lettura rispetto a quello dell’impianto Ibias La corrente di bias e’ aumentata rapidamente per poi diminuire di nuovo quando siamo tornati alla configurazione standard. Il comportamento asintotico sembrava suggerire un processo di scarica collegato alla superficie del silicio. Discharge

34 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Dopo molti test, tra altre teorie, abbiamo considerato l’ipotesi di un’accumulazione di carica statica sulla (o dentro) la superficie passivata del silicio. La carica e’ creata dalla presenza del fascio e potrebbe driftare a causa del campo elettrico tra i lati prospicienti dei diversi layers. -20V +20V Layer-4 Layer-5 E + + + + + + + + Il motivo per cui il layer-4 ha mostrato l’effetto per primo potrebbe essere dovuto alla presenza del fanout isolante che protegge il lato interno del layer-5. Da notare che nei layers esterni il fanout (lato z) e’ associato al lato Ohmico, mentre nei layers interni e’ sul lato giunzione. Questo spiegerebbe la differenza rispetto ai Layer-1-2-3, che non mostrano tale effetto. Fanout isolante E E

35 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 -20V +20V Layer-4 Layer-5 E + + + + + + Per verificare la teoria, abbiamo modificato lo zero di riferimento di un singolo modulo, preservando tutta la struttura interna dei potenziali (linee di bias, guard ring, elettronica). I processi interni di quel modulo dovrebbero essere totalmente invariati ma il rapporto col resto del mondo e’ ora totalmente diverso. -20V +20V +60V +20V -20V In questo modo possiamo cambiare il campo elettrico tra i due layer vicini deltaV=0 deltaV=-20 deltaV=+20 L’aumento della corrente di bias si e’ fermato e siamo riusciti anche a farla diminuire!

36 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Lasciando il modulo in quella configurazione, la corrente di bias ha continuato a scendere, tornando a valori normali. Abbiamo modificato le board degli alimentatori CAEN per i moduli con correnti alte, per cambiare il potenziale di riferimento e negli ultimi giorni del run-4 i moduli sono tornati normali. Time 24 hours

37 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Breakdown localizzato sulla giunzione Metal p+ implant Silicon Dioxide n- substrate Passivation +++++++++++++++++++++++++++++ L’accumulo di carica causa un incremento nel campo elettrico sul lato della giunzione, inducendo un breakdown. Luciano Bosisio ha suggerito una spiegazione plausibile per il meccanismo Simulazioni e test in laboratorio per riprodurre e studiare l’effetto p+ implant Metal

38 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Attivita’ 2005 (SVT) Attivita’ di SVT durante lo shutdown viene coordinata con la proposta di PEP-II di modificare la regione di interazione cambiando l’ottica e aggiungere raffreddamento Questo implica l’estrazione del tubo di supporto contenente la beam-line con SVT SVT viene rimosso dal tubo di supporto ma non vengono sostituiti moduli (inefficienza di 4/208 ROS e’ uno stato molto buono, la probabilita’ di migliorare e’ bassa, tenendo conto dei rischi dell’operazione ) Sara’ possibile rimpiazzare i diodi del sistema di protezione dalla radiazione con diamanti

39 Commissione Scientifica Nazionale IAssisi, 20-24 Settembre 2004 Tuttavia, cfr. talk di Marcella e come vedrete nel talk di Francesco Forti, le analisi presentate a ICHEP da BaBar e Belle hanno evidenziato interessanti discrepanze tra modi diversi (esempio: misura di Sin(2  ) tra modi Charmonio e pinguini-s) L’esperimento e il Laboratorio stanno valutando l’opportunita’ di allungare di qualche mese il run 2005 per accumulare una statistica tale da poter studiare meglio tali effetti. Il Run-4 e lo shutdown 2004 sono stati periodi molto intensi, produttivi e ricchi di attivita’. Conclusioni La macchina e il detector sono pronti a ripartire per il run-5 con prestazioni sostanzialmente aumentate. L’installazione LST procede con successo secondo i tempi stabiliti. Nell’eventualita’ di una tale decisione, lo shutdown 2005 verrebbe posticipato di qualche mese. Le operazioni residue, in particolare sugli LST e la regione di interazione potrebbero essere eseguite durante lo shutdown 2005