Mara Martini Università di Ferrara Un Gigatracker per NA48/3 – P326.

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1 Mara Martini Università di Ferrara Un Gigatracker per NA48/3 – P326

2 23-giugno-2005Mara Martini2 Cosa vogliamo misurare BR( K + —>   ) = ( 8.0 ± 1.1 ) x 10 -11 in SM @ NLO Regione 1 Regione 2 ++ Accettanza ~ 10% P K = 75 GeV/c Goal of P326 Goal of P326 S/B = 10 ~10 -12 rejection 80 eventi in 2 anni di presa dati 2 modi per eliminare il fondo cinematica cinematica Veto e PID Veto e PID

3 23-giugno-2005Mara Martini3 Fondo riducibile con la cinematica DecayBR K2K2 0.634 +0+0 0.211 ++-(00)++-(00) 0.070 92% del fondo totale Permette di definire la regione del segnale

4 23-giugno-2005Mara Martini4 Cinematica: Gigatracker + 2 Spettrometro Le informazioni dal Gigatracker permettono la coincidenza del  + visto nello spettrometro con il K + decaduto. La risoluzione è limitata dal MS. Gigatracker: 4x10 -3 X 0 per stazione misura P K misura (x,y,z) K misura  K Spettrometro: 5x10 -3 X 0 per camera misura P track x 2 volte misura  track

5 23-giugno-2005Mara Martini5 10 MHz kaon decays Visione globale nel fascio

6 23-giugno-2005Mara Martini6 final collimator, decay volume, detector Ch1 fascio rate ~1GHz maggior parte , solo 6.5%  12.32m Spibes 1 6.05m FTPC 87m 40mm 80.681m from T0 86.731m from T0 Spibes 2 99.051 m from T0 204.850m from T0 2 stazioni di Pixel posizionate lungo il percorso del fascio di P326, piu' precisamente nella regione del secondo achromat, dove il fascio viene deviato di -40mm in direzione verticale e riportato in posizione dopo circa 6 metri e una terza stazione equipaggiata con una Fast-TPC a la Kabes. Il Gigatracker  (t) ~ 100 ps/track → S/B ~ 25  (p)/p <0.5% (Spibes 1,2)  ~15  rad (Spibes2, FTPC) X/X 0 <<1% minimo materiale sul fascio → minima deviazione dovuta al MS

7 23-giugno-2005Mara Martini7 Il tracking a 1GHz nel fascio Dimensioni fascio @ GT: 36x48 mm 2 rate max: 1.9MHz/mm 2 (3 pos), rate medio: 56 GHz/cm 2 rate totale: ~1 GHz (solo 6% K+) Per il chip di r/o il processo litografico si applica a dimensioni al massimo di 20-21 mm → l’area del fascio viene coperta con due mezzi rivelatori

8 23-giugno-2005Mara Martini8 SPIBES: Silicon Pixel Beam Spectrometer Rivelatore a pixel di silicio ibrido: sensore (200  m) bump bonded al chip di readout (100  m) Sensore: esperienza di Alice p-on-n 400  m 200  m 300  m 200 μm → (5-15) x 10 3 elettroni r/o chip: esiste 150  m (Alice). Si cerca di ridurre ulteriormente ( ‼ fragile ‼) GEANT4

9 23-giugno-2005Mara Martini9 Esposizione a la radiazione Sensori : danni al materiale variazione nel tempo delle caratteristiche elettriche anche dopo l’irraggiamento  aumento di I leak  raffreddamento  cambiamento di V d  inversione tipo n –tipo p  campi troppo alti CMOS r/o chip: danni alla superficie  Total Ionizing Dose (TID) ossidazione e difetti in SiO 2  Single Event Upset (SEU) random bit on/off (ridondanza) Flusso medio di particelle Ф eq ( 1 MeV n)/ cm 2 ~ 2.7x10 11 al giorno  ≥ 10 12 si ha inversione di tipo. (3x10 14 CMS pixels in 1 anno) TID max ~ 2 Mrad in 100 giorni sostituzione ogni 2 settimane

10 23-giugno-2005Mara Martini10 Dimensioni della cella risoluzione GEANT Montecarlo di tutto il tracciamento + sovrapposizione di eventi accidentali nel GT (3 stazioni di 0.4% X 0 ) Pixel 200(V) x 300(O) μm 2 300(V) x 300(O) μm 2 GOOD ENOUGH !! Risoluzione totale della  (m 2 miss ) ~ 1.1×10-3 GeV 2 /c 4 pKpK KK

11 23-giugno-2005Mara Martini11 If  (t) = 100 ps per la traccia nella finestra di coincidenza di ±2  (t  gli eventi con più di una traccia nel GT sono ≥ 30%. Il 3% vengono associati non correttamente S/B ~ 25 Risoluzione temporale fondo La risoluzione temporale è riportata per varie ampiezze di impulso in funzione della costante di tempo del segnale formato. il contributo del rumore è ~ 50 ps

12 23-giugno-2005Mara Martini12 La necessità di una risoluzione temporale di 100 ps/track richiede la concezione di un chip di read-out complesso con circuiti analogici e circuiti digitali ad alta frequenza che condividono lo stesso substrato:  discriminatore (low time walk)  TDC  circuiti preamplificatore e formatore veloce  periferici per incanalare le informazioni Un commento sul chip di lettura Per la realizzazione esistono due opzioni tecnologiche :  CMOS 0.25  m ben conosciuta e caratterizzata nei suoi aspetti di prestazioni analogiche e di tolleranza alla radiazione. Le prestazioni pero’ potrebbero non essere sufficienti. Simulazione per la fine dell’anno per prendere decisioni “negative”. In questo caso i costi sono relativamente contenuti.  CMOS 0.13  m di prestazioni superiori sia per quel che riguarda la compattezza che la dissipazione di calore è attualmente in fase di caratterizzazione, per quanto riguarda le prestazioni analogiche e la tolleranza alle radiazioni

13 23-giugno-2005Mara Martini13 Conclusioni  motivazioni e fattibilità per il Gigatracker  piano di lavoro che riguarda il sensore (M.Scarpa)  piano di lavoro per la tecnologia (A.Rivetti)  visione globale dell’organizzazione (G.Stefanini)