calorimetro elettromagnetico ad argon liquido dell ... · – middle: raccoglie la maggior ......

Frascati - 14 maggio 2002

Marcello Fanti, Univ. & INFN Milano

1

Calorimetro elettromagneticoad Argon liquido

dell'esperimento ATLAS

stato attuale del sistema, previsioniattività della sezione di Milano



2

Ricercatori e Tecnologi:G. Battistoni (30%), D. Camin (10%), L. Carminati (100%),

D. Cavalli (50%), M. Citterio (30%), G. Costa (100%), M. Delmastro (100%), M. Fanti (100%), L. Mandelli (100%),

M. Mazzanti (100%), P. Nason (10%), L. Perini (100%), S. Resconi (100%), F. Tartarelli (100%)

Tecnici:R. Bertoni, G.P. Braga, B. Monticelli, F. Sabatini

Totale 10,3 PE + 4 PE CTER

Laureandi:D. Banfi, M. Bettinelli

Responsabilita’ in ambito LAr:

• L. Mandelli: LAr representatives group (chairman)LAr EM representatives group

• M. Mazzanti: EM electrode steering group• M. Citterio: LAr deputy electronic coordinator

Front-end electronics (chairman)Installation task force (chairman)



3

ATLAS Calorimetry (Geant)

Calorimeters

Calorimeters

Calorimeters

Calorimeters

Hadronic Tile

EM Accordion

Forward LAr

Hadronic LAr End Cap

FCAL

HEC

TILECAL EMBEMEC

Calorimetro e.m.(piombo / Argon liquido con

geometria “accordion”)• EMB: 2 half-barrel (|η|<1.4)

• EMEC: 2 end-cap (1.4<|η|<3.2)

Calorimetria di ATLAS

endcap A endcap C

barrel



4

Calorimetro e.m. barrel:il rivelatore

• 16+16 moduli (16 per half-barrel)

• un modulo contiene:– 64 assorbitori piombo/acciaio

• transizione nello spessore del piombo a η=0.8

– 64 elettrodi rame/kapton• HV+raccolta di segnale

• elettrodo diviso in parte A (η<0.8) e parte B (η>0.8)

– 3444 canali di read-out per modulo

• 110 208 canali di read-out in tutto il barrel



5

Calorimetro e.m. barrel:segmentazione longitudinale

• segmentazione in profondità del modulo (“layers”):– strips (o front): granularità

fine in η, per separazione π0/γ(1792 canali)

– middle: raccoglie la maggior parte dell'energia (896 canali)

– back: stima del “leakage” longitudinale (448 canali)

• presampler :– posto davanti al modulo,

identificazione di “pre-showering” (244 canali)

Z (cm)

R (

cm)

ETA0.45 0.8 1.0 1.1 1.2

1.3

1.35

1.4

1.45

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 50 100 150 200 250 300

ETA

Dep

th(X

0)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Z (cm)

R (

cm)

150

152

154

156

158

160

162

164

134 136 138 140 142 144 146 148

transizione piombo

elettrodi A elettrodi B

strips

strips

middle

middle

back

back



6

Calorimetro e.m. barrel:il read-out

• Componenti “a freddo” (passivi):

– Summing Board (SB) (216/modulo)• somma segnali da diversi elettrodi

– Mother Board (MB) (28/modulo)• raccoglie segnali in uscita

• distribuisce impulsi di calibrazione

– cavi di lettura e di calibrazione

• Front-End Crate (FEC) (1/modulo):

– Front-End Board (FEB) (128/FEC)• amplificazione, formatura, digitalizzazione, trigger (LVL1), ...

– schede di calibrazione (2/FEC)• generano impulsi esponenziali sulle linee di calibrazione



7

Calorimetro e.m. barrel:stato attuale, previsioni

• Moduli: (3 stazioni di assemblaggio/test: Annecy, Saclay, CERN)

– 14 finiti, 2 in fase di assemblaggio (16 moduli in un 1 half-barrel)

– produzione moduli finita per primavera 2003

– integrazione moduli iniziata

– inserzione nel criostato:

• 1º half-barrel: novembre 2002

• 2º half-barrel: giugno 2003

– test a freddo in luglio 2003

• Installazione nel pozzo: aprile 2004

• Assorbitori: prodotti ~85%

• Elettrodi:

– produzione a piatto finita per luglio 2002 (+9% spares)

– piegatura/test finiti entro ottobre 2002

• Presampler: 15 settori finiti (su 64)

• Criostato: arrivato in luglio 2001

– perdita a freddo rilevata e riparata

– installazione feedthrough's completata



8

Calorimetro e.m.:moduli assemblati e cablati

Barrel

Endcap



9

Calorimetro e.m. barrel:integrazione moduli



10

Criostato barrelinserzione dei

feedthrough’s

criostato interno

criostato esterno



11

Calorimetro e.m. endcap:stato attuale, previsioni

• Criostato A: (EMEC, HEC, FCAL)

– atteso per ottobre 2002

• Moduli: (2 stazioni di assemblaggio/test)

– 5 finiti, 3 in fase di assemblaggio (una “ruota”contiene 8 moduli)

– produzione moduli finita per novembre 2002 (C) e ottobre 2003 (A)

• Installazione nel pozzo:

– endcap C: marzo 2004

– endcap A: novembre 2004

• Assorbitori: prodotti ~55%

• Elettrodi:

– produzione a piatto finita per luglio 2002 (+9% spares)

• Presampler: 16 moduli finiti

• Criostato C: (EMEC, HEC, FCAL)

– arrivato in marzo 2002, perdita osservata a freddo, risolta

– installazione feedthrough's in corso

– test finali per maggio 2002



12

Criostato endcap



13

Hadronic EndCap:stato attuale, previsioni

• HEC: (rame/LAr)

– prodotti 107 moduli (su 134), 83 testati a freddo

– moduli finiti per primavera 2003

– elettronica a freddo ormai completata

HEC Module Production

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

Feb-

00

Jun-

00

Oct

-00

Feb-

01

Jun-

01

Oct

-01

Feb-

02

Jun-

02

Oct

-02

Feb-

03

Date

Mod

ules

Finished at InstitutesCold testedProjected FinishedProjected Cold Tested

107 moduli assemblati 83 moduli testati a freddo



14

Hadronic EndCap:layout

0

5

10

15

20

0 1 2 3 4 5Pseudorapidity

Abs

orpt

ion

Len

gth

Tile barrel

Tileextended barrel Hadronic endcap Forward calorimeter

EM barrel EM endcap

Material in front of Muon System

End of activehadronic

cryostat walls



15

Forward CALorimeter:stato attuale, previsioni

• FCAL-C: (rame/LAr + tungsteno/LAr)

– assorbitori ormai completati

– inserzione barre di tungsteno iniziata

– moduli completi per metà 2002

• FCAL-A: (rame/LAr + tungsteno/LAr)

– tempi di realizzazione determinati dalla produzione delle barre di tungsteno (Russia,Cina)

– presumibilmente pronto per autunno 2003



16

Diodi di protezionedelle resistenze di calibrazione

• “pettini” modificati con diodi di protezione

• I “pettini” modificati sono usati nel cablaggio dei moduli.

• Sui moduli gia’ cablati è in corso il “retrofitting”:

– 3 moduli modificati (nessun problema)

– 3 moduli ancora da completare

• Nessun modulo retroffitato verrà testato su fascio

The combs with long pins are inserted here

Mother BoardSumming Board

G10 Board

Long Pins

Modified comb.It contains the

protection diode



17

ATLASprogramma di installazione

Task Name Start FinishUX 15 Hand-over 14 Apr '03 14 Apr '03PHASE 1: Infrastructure & Feet 29 Mar '03 23 Jun '04

Phase 1a: Infrastructure in UX15 29 Mar '03 23 Jun '04Phase 1b: ATLAS Bedplates & Feet 7 Nov '03 12 Dec '03

PHASE 2: Barrel Toroid & Barrel Calorimeter 15 Dec '03 18 Mar '05Phase 2a: Barrel Toroid 15 Dec '03 6 Jan '05Phase 2b: Barrel Calorimeter 15 May '04 18 Mar '05

PHASE 3: End-cap Calorimeter C & Muon Barrel 20 Oct '04 8 Jul '05Phase 3a: Endcap Calorimeter C 25 Oct '04 8 Jul '05Phase 3b: Inner Detector Services 20 Oct '04 1 Jul '05Phase 3c: Muon Barrel 20 Oct '04 5 Jul '05

PHASE 4: End-cap Calorimeter A 28 Mar '05 29 Dec '05Phase 4a: Endcap Calorimeter A 28 Mar '05 29 Dec '05

PHASE 5:Big Wheels & Inner Detector 28 Jul '05 14 Feb '06Phase 5a: Big Wheels 28 Jul '05 19 Dec '05Phase 5b: Inner Detector 28 Jul '05 14 Feb '06

PHASE 6: Toroid End-Caps & Small Wheels 3 Oct '05 23 May '06Phase 6a: Endcap Toroid 3 Oct '05 27 Mar '06Phase 6b: Small Wheels & Toroid Shielding (JT) 15 Feb '06 2 May '06Phase 6c: End wall Chambers (EO) 29 Mar '06 23 May '06

PHASE 7: Beam Vacuum, Closing, Shielding 28 Mar '06 15 Nov '06Phase 7a: Completion of the Beam Vacuum 28 Mar '06 29 May '06Phase 7b: Magnet test & Shielding 24 May '06 28 Jun '06Global Commissioning 29 Jun '06 20 Sep '06Cosmic Tests 21 Sep '06 15 Nov '06ATLAS Ready For Beam 15 Nov '06 15 Nov '06

14 Apr UX 15 Hand-over

PHASE 1

323 days Phase 1a: Infrastructure in UX15

25 days Phase 1b: ATLAS Bedplates & Feet

PHASE 2279 days Phase 2a: Barrel Toroid

220 days Phase 2b: Barrel Calorimeter

PHASE 3

184 days Phase 3a: Endcap Calorimeter C

183 days Phase 3b: Inner Detector Services

185 days Phase 3c: Muon Barrel

PHASE 4

198 days Phase 4a: Endcap Calorimeter A

PHASE 5

102 days Phase 5a: Big Wheels

143 days Phase 5b: Inner Detector

PHASE 6

125 days Phase 6a: Endcap Toroid55 days Phase 6b: Small Wheels & Toroid Shie

40 days Phase 6c: End wall Chambers (EO)

PHASE 7

43.5 days Phase 7a: Completion of the Beam Va

26 days Phase 7b: Magnet test & Shielding60 days Global Commissioning

40 days Cosmic Tests

15 Nov

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009



18

Attività a Milano• Hardware

– equipaggiamento/test elettrodi “B” calorimetro e.m. barrel– produzione/test preamplificatori calorimetro e.m. (50% con

BNL)• Ricostruzione del segnale

– trattamento segnali dal calorimetro e.m., calibrazione• Test beam

– analisi dati (qualità dei moduli, uniformità, …)• Simulazioni di fisica / Studio di performances

– studio di H0 → γγ (ricostruzione di γ, separazione γ/π0 )– studio di A0 → ττ (ricostruzione di jet da leptoni τ,

ricostruzione pTmiss)



19

B electrode testing: projected plan

337417

557677

797917

10071127

12471367

14871607

17271847

19372057

2177

93 122 173 215 257346

417520

609735

822896

10151137

12951423

1485

497

0

500

1000

1500

2000

2500

Dec-

00

Jan-

01

Feb-

01

Mar

-01

Apr-0

1

May

-01

Jun-

01

Jul-0

1

Aug-

01

Sep-

01

Oct

-01

Nov-

01

Dec-

01

Jan-

02

Feb-

02

Mar

-02

Apr-0

2

May

-02

Jun-

02

Jul-0

2

Aug-

02

Sep-

02

Oct

-02

month

tota

l tes

ted

and

equi

pped

plannedshipped for stacking

B electrode test

1650

118

1532

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

19-F

eb-0

0

15-M

ar-0

0

9-Ap

r-00

4-M

ay-0

0

29-M

ay-0

0

23-J

un-0

0

18-J

ul-0

0

12-A

ug-0

0

6-Se

p-00

1-O

ct-0

0

26-O

ct-0

0

20-N

ov-0

0

15-D

ec-0

0

9-Ja

n-01

3-Fe

b-01

28-F

eb-0

1

25-M

ar-0

1

19-A

pr-0

1

14-M

ay-0

1

8-Ju

n-01

3-Ju

l-01

28-J

ul-0

1

22-A

ug-0

1

16-S

ep-0

1

11-O

ct-0

1

5-No

v-01

30-N

ov-0

1

25-D

ec-0

1

19-J

an-0

2

13-F

eb-0

2

10-M

ar-0

2

4-Ap

r-02

29-A

pr-0

2

24-M

ay-0

2

date of arrival

receivedrejectedaccepted

Test elettrodi “B”situazione al 30/4/2002

1650 elettrodi arrivati

1532 elettrodi accettati

118 elettrodi scartati

situazione al 30/4/2002

1485 elettrodi spediti

fine test per ottobre 2002



20

Fraction of repairs

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

19-F

eb-0

0

15-M

ar-0

0

9-Ap

r-00

4-M

ay-0

0

29-M

ay-0

0

23-J

un-0

0

18-J

ul-0

0

12-A

ug-0

0

6-Se

p-00

1-O

ct-0

0

26-O

ct-0

0

20-N

ov-0

0

15-D

ec-0

0

9-Ja

n-01

3-Fe

b-01

28-F

eb-0

1

25-M

ar-0

1

19-A

pr-0

1

14-M

ay-0

1

8-Ju

n-01

3-Ju

l-01

28-J

ul-0

1

22-A

ug-0

1

16-S

ep-0

1

11-O

ct-0

1

5-No

v-01

30-N

ov-0

1

25-D

ec-0

1

19-J

an-0

2

13-F

eb-0

2

10-M

ar-0

2

4-Ap

r-02

29-A

pr-0

2

24-M

ay-0

2

Date of arrival

frac

tion

as a

func

tion

of re

pairs

no repairs1-5 repairs6-20 repairs21 or more repairs

% accepted electrode vs. date

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

15-M

ar-0

0

9-Ap

r-00

4-M

ay-0

0

29-M

ay-0

0

23-J

un-0

0

18-J

ul-0

0

12-A

ug-0

0

6-Se

p-00

1-O

ct-0

0

26-O

ct-0

0

20-N

ov-0

0

15-D

ec-0

0

9-Ja

n-01

3-Fe

b-01

28-F

eb-0

1

25-M

ar-0

1

19-A

pr-0

1

14-M

ay-0

1

8-Ju

n-01

3-Ju

l-01

28-J

ul-0

1

22-A

ug-0

1

16-S

ep-0

1

11-O

ct-0

1

5-No

v-01

30-N

ov-0

1

25-D

ec-0

1

19-J

an-0

2

13-F

eb-0

2

10-M

ar-0

2

4-Ap

r-02

29-A

pr-0

2

24-M

ay-0

2

date of arrival

Frac

tion

of a

ccep

ted

elec

trod

es

Test elettrodi “B”

frazione di elettrodi accettati

(fino al 30/4/2002)

numero di riparazioni

(fino al 30/4/2002)



21

Produzione/test preamp's0T Hybrid Production in Milano

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

5-Sep-2000 22-Nov-2000 23-Feb-2001 27-Apr-2001 29-Jun-2001 22-Oct-2001 13-Dec-2001 15-Mar-2002

Date

No. o

f 4 c

h. h

ybrid

s

ReceivedAccepted

Preamplificatori in tecnologia ibrida:Produzione completata all’inizio di Aprile 2002

accettati 24375

di cui ~ 1000 “spare”



22

Produzione/test premp'sRisultati test di qualita’ produzione massa(campione finale di 50000 canali 50Ω/1 mA)

Guadagno Peaking time (5%-100%) Equivalent Noise Current

Limiti di accettabilita’ imposti dalle specifiche del Technical Design Report



23

Ricostruzione del segnale

L

C

line

Ical

inj

Iphy

inj

Rpre CR-RC2 Vout

MB + SB

electrode

LArg gap

segnale di calibrazione

(esponenziale)

segnale di ionizzazione(triangolare)

segnali uscenti dallo shaper:

“fisica” (ioniz.)

calibrazione

I segnali di fisica edi calibrazione in

uscita sono diversi, per forma e

normalizzazione:• diverso il segnale

iniettato• diverso il punto

di iniezione

Il guadagno di ogni canale è calibrabile elettronicamente,

iniettando impulsi elettrici noti con precisione



24


A

τ

• segnale bipolare: durata del lobo positivo ~125 ns

• segnale campionato ogni 25 ns:– normalmente 5 campionamenti Sk– ⇒ stima di ampiezza A e tempo τ

• Online: fit parabolico su 3 punti• “Optimal Filtering”: più preciso

– A = Σk akSk , Aτ = Σk bkSk

– ak , bk ottimizzati per minimizzare rumore

– occorre conoscere forma e normalizzazione del segnale

• Segnale di calibrazione: OK• Segnale di fisica ???



25

Ricostruzione del segnale“mock-up” del calorimetro e.m.

mother board

summing boardssumming boards

catena di cavi completa

(calibrazione+read-out)

iniettori del “segnale di fisica”



26

mock-up: raffreddamento cavi

impedenza cavi di calibrazione:

a caldo ~ 58 Ω

a freddo ~ 52 Ω

inoltre diminuisce skin-effect

N2 liquido



27

Ricostruzione del segnalemisure sul “mock-up”

fisica

calibrazione

L-effect

rapporto picchi fisica/calibrazione

~0.2%/nH

induttanza L per diverse celle



28

LC : frequenza risonante - TC : tempo di calibrazione

Possono essere ricavati dal segnale di calibrazione?

ampiezza delsegnale di

fisica

forma e normalizzazione delsegnale di fisica

funzione di convoluzione

ampiezza delsegnale di

calibrazione


optimal filtering

segnale di calibrazione campionato

• LC

• TC

forma e normalizzazione delsegnale di calibrazione

run di rampa

run di delay

?segnale di

fisica campionato

optimal filtering



29

Ricostruzione del segnalestrategia

• per misurare l’ampiezza del segnale occorre conoscerne la forma:• segnale di calibrazione Vout

cali(t)– forma e normalizzazione note con precisione (run di “delay” e di

“rampa”)• segnale di “fisica” o di ionizzazione Vout

phys(t)– forma e normalizzazione ricavabili analiticamente da Vout

cali(t) purché siano noti i parametri

• LC (frequenza risonante)• TC (tempo caratteristico di calibrazione, ~360 ns)• TD (tempo di deriva, ~450 ns)

• è possibile determinare LC , TC dallo studio di Voutcali(t)

• TD va misurato dal segnale di fisica o stimato con simulazioni



30

Ricostruzione del segnalemodello in frequenza - 1

0 2

1 1( )Dj T

phys physinj

D

eI Ij T

ω

ωω ω

− −= × +

0( )1

cali cali Cinj

C

TI Ij T

ωω

= × +

il segnale di ionizzazione è triangolaree generato sulla capacità di detector:

il segnale di calibrazione è esponenzialee iniettato sulla Mother Board:

1

( ) ( ) 1cali caliline inj

line

j Lj CI I

j L Zj C

ωωω ω

ωω

+= ×

+ +

segnale di calibrazione sulla linea:

L

C

line

Ical

inj

Iphy

inj

Rpre CR-RC2 Vout

MB + SB

electrode

LArg gap

( ) ( ) ( )out lineV I Hω ω ω= ×

funzione di trasferimento da corrente sulla lineaa tensione in uscita:1

( ) ( ) 1phys physline inj

line

j CI Ij L Z

j C

ωω ωω

ω

= ×+ +

segnale di ionizzazione sulla linea:



31

Ricostruzione del segnalemodello in frequenza - 2

• indipendente dalla linea di read-out (Zline, H(ω) )• occorre conoscere: LC, TD, TC

( )( )02 2

0

1 1( ) 1( ) 1

Dj Tphys physC Dout

cali caliout D C

j T j T eV IV I LC T T

ωω ωωω ω ω

−+ − − = × × −

forme d'onda(Vout

cal(t) MISURABILE con precisione,Vout

phys (t) campionata ogni 25 ns)correzione del

punto di iniezione(occorre conoscere LC)

correzione da triangoloa esponenziale

(dipende da TD, TC)

rapporto fra le ampiezze di segnalidi calibrazione (I0cali, NOTA) e

di ionizzazione (I0phys, INCOGNITA)



32

L

C

line

Ical

inj

Iphy

inj

Rpre CR-RC2 Vout

MB + SB

electrode

LArg gap

minimizzazionecoda segnale

risposta a Θ(t)•cos(t/T2)


U2(t;T2)

risposta a Θ(t)(funzione-gradino)

minimizzazionecoda segnale

risposta a exp(-t/TC+t/T1)

Ricostruzione del segnalecalcolo di TC e LC


U1(t;T1)

risposta a segnale esponenziale I0caliexp(-t/TC)

T1 = TC

T2 = √LC



33

Ricostruzione del segnalecalcolo del parametro TC

• Segnale di calibrazione esponenziale:– Iinj

cali(t)= I0caliexp(-t/TC)– tempo caratteristico di Vout

cali (t) è TC ≈360 ns (oltre che altri tempi ≈10 ns)

• Se iniettassi funzione-gradino Θ(t) miaspetterei una coda più corta nel tempo– definisco funzione U1(t;T1) tale che

Iinjcali(t)∗ U1(t;TC)=Θ(t)

– calcolo Voutstep(t)=Vout

cali(t)∗ U1(t;T1)– cerco valore di T1 che minimizza la

coda (e.g. t>600 ns)– ⇒ si ottiene stima di TC.

• in realtà la situazione è complicata dalla presenza di resistenze parassite⇒ altri parametri in più.

— Voutcali (risposta a esponenziale)

— Voutstep (risposta a gradino, calcolata)

— Voutstep (risposta a gradino, misurata)

— differenza



34

Ricostruzione del segnalecalcolo del parametro LC

L

C

line

Ical

inj

Iphy

inj

Rpre CR-RC2 Vout

MB + SB

electrode

LArg gap

— Voutcali (risposta a exp)

— Voutcos (risposta a cos,

calcolata)

• Se iniettassi funzione-coseno cos(t/√LC)(frequenza risonante) tutto il segnale passerebbe per il ramo L-C– definisco funzione U2(t;T2) tale che

Iinjstep(t)∗ U2(t;T2)= cos(t/T2)

– calcolo Voutcos(t)=Vout

step(t)∗ U2(t;T2)– cerco valore di T2 che minimizza la

coda (e.g. t>400 ns)– ⇒ si ottiene stima di LC.

• anche qui la presenza di resistenze parassite causa la presenza di un segnale residuo in uscita ⇒ altro parametro



35

canale

TC

calcolato misurato

canale

ω= 1

/√LC

(Hz)

la discrepanza è dovuta alla mother board

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1x 10

-5

Tc = 3.97497E-07±4.93067E-10

fstep = -0.00185844±0.000329153

Tc = 4.31631E-07±9.87879E-10

fstep = -0.00146372±0.000526831

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1x 10

-5

Ricostruzione del segnalecalcolo di TC e LC (sul mock-up)

TC = (431±10) ns

segnale di calibrazione, misurato alla mother board

TC calcolato (420 ÷ 425 ns)



36

Ricostruzione del segnalestato dell’arte, prospettive

• i parametri elettrici sono determinabili dal segnale di calibrazione• analisi su dati dal “mock-up”:

– metodo provato con successo– valori estratti di LC , TC compatibili con misure dirette– predizione della forma del segnale di fisica (lavoro in corso...)

• analisi su dati dal test beam:– segnale di calibrazione misurato ogni ns per 800 ns (solo su poche celle)– estrazione dei parametri LC , TC dà valori ragionevoli

• programma per test beam 2002:– misura del segnale di calibrazione per 800 ns su una vasta area– calcolo di LC , TC e predizione forme d’onda– calcolo coefficienti di “optimal filtering”, verifica sull’uniformità



37

Test su fascio situazione/programma

• “moduli-0” (prototipi “full-scale” barrel e endcap)– studiati diffusamente nel 1999-2000– risultati di prossima pubblicazione su NIM

• 4 moduli “di produzione” studiati su fascio nel 2001– 2 moduli “barrel” e 2 moduli “endcap”

• altri 3 moduli saranno studiati nel 2002:– 1 modulo “endcap” (27/5 → 12/6)– 2 moduli “barrel” (19/6 → 4/7 e 24/7 → 7/8)

• test beam combinati e.m.+had:– EMEC + HEC agosto 2002– EMB + TILECAL nel 2004



38

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

210 220 230 240 250 260 270

Constant 0.4430E+05Mean 241.8Sigma 2.448

141 Cells

Energy(GeV)Ev

ents

/0.25

GeV

0

1

2

3

4

0 50 100 150 200 250 300

η=0.0625full resolutionnoise contributionsubtracted resolution dE/E = a/√E ⊕ b

a = 9.11 ± 0.12%b = 0.47 ± 0.02%

Ebeam (GeV)

dE/E

(%

)

0

1

2

3

4

0 50 100 150 200 250 300


a = 9.24 ± 0.10%b = 0.23 ± 0.04%

Ebeam (GeV)

dE/E

(%

)

0

1

2

3

4

0 50 100 150 200 250 300


a = 9.23 ± 0.09%b = 0.21 ± 0.02%

Ebeam (GeV)

dE/E

(%

)

Test su fascio “modulo 0” barrel

Energy [GeV]

Entri

es

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

-0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1



39

Test su fascio “modulo 0” endcap

0

1000

2000

90 95 100 105 110

16.86 / 12P1 2027. 22.18P2 100.0 0.1106E-01P3 1.020 0.8633E-02

Etot (GeV)

Eve

nts

/0.4

GeV

σ/E=1.02±0.01%η=1.9

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 50 100 150 200Ebeam (GeV)

σ Rfr

on

t (m

m)

ση=aη/√E ⊕ bη ⊕ cη/E

aη= 2.69± 0.05 mm GeV-1/2

bη= 0.04± 0.03 mm

cη= 0.00± 3.39 mm GeV-1

0

0.5

1

1.5

2

0 50 100 150 200Ebeam (GeV)

σ RM

idd

le (

mm

)

ση=aη/√E ⊕ bη ⊕ cη/E

aη= 5.40± 0.20 mm GeV-1/2

bη= 0.19± 0.06 mm

cη= 9.47± 1.48 mm GeV-1



40

Test su fascioqualità dei moduli “di produzione”

Mod 13(14 giorni, luglio 2001)

• 98.8% canali OK (su 2409)– problemi dovuti a

cablatura nel setup del test beam

• esposto al fascio 55%– problemi di fascio SPS– alimentatore HV instabile

(modulo OK)

Mod 10(14 giorni, ottobre 2001)

• 98.9% canali OK (su 3120)– problemi dovuti a

cablatura nel setup del test beam

• esposto al fascio 85%• 3 settori con HV su un solo

half-gap– problema nel feedthrough

(modulo OK)



41

Test su fascioproblema HV “dimezzato” (M10)

Most energetic cell content in Middle

φ = 0φ = 1φ = 2φ = 3φ = 4φ = 5φ = 6φ = 7φ = 8φ = 9φ = 10φ = 11φ = 12φ = 13φ = 14φ = 15

Middle cell η

Mos

t en

erge

tic

cell

cont

ent

(GeV

)

110

120

130

140

150

160

170

0 10 20 30 40 50

Mod 10• un solo half-gap

alimentato in 3 settori

• fattore 2 inserito ad hoc non idoneo

• studi dettagliati in corso, su un settore“dimezzato”artificialmente



42

M13

M10

Test su fascioostacolo sul fascio (M13)

profilo del fascio nelle camere (integrato su tutti i run)

energia vs η w.r.t. centro-cella(integrato su tutti i run)



43

Test su fasciouniformità in energia

Uniformity at all φ

Middle cell nr along η

Ene

rgy

(GeV

)

φ=1

φ=2

φ=3

φ=4

φ=5

φ=6

φ=9

φ=10

φ=11

φ=12

φ=13

φ=14

200

210

220

230

240

250

260

0 10 20 30 40 50

Uniformity at all

Ene

rgy

(GeV

)

200

210

220

230

240

250

260

0 10 20 30 4

ricostruzione con “fit parabolico”

ricostruzione con “optimal filtering”

normalizzazione errata (effetto induttanza)

normalizzazione errata (effetto induttanza)

normalizzazionnormalizzazion

resta effetto leakage: ∆E=2.5 GeV per η∈ [0;0.8]

Ebeam = 245 GeVφ


φ=1

φ=2

φ=3

φ=4

φ=5

φ=6

φ=9

φ=10

φ=11

φ=12

φ=13

φ=14

0 50

e correttae corretta



44

Test su fascio“ripesamento” di Presampler e Back

η0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

0X

0

5

10

15

20

25

30

35

Beg. of the PSEnd of the PS

Beg. of the stripsBeg. of the middle

End of the middle

End of the back

profondità in unità di X0

0

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5

1.75

2

2.25

2.5

0 10 20 30 40 50

Weights parametrization vs. η (Strips and Middle togheter)

η

w 1

η

w 4

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 10 20 30 40 50

peso del Presampler vs η

peso del Back vs ηconfronto

correzione pre-shower

correzione leakage

Eopt = Σ wkEk ; wk = pesi dei layers

minimizzazione analitica di σ[Eopt]/⟨Eopt⟩



45

Test su fascio“ripesamento” (dettagli matematici)

• correzione dell'energia persa a monte del Presampler (preshowering) e a valle del Back (leakage longitudinale) applicando fattori correttivi wkalle misure dei 4 layers:

• i “pesi” wk si determinano minimizzando la risoluzione relativa:

• soluzione analitica:

• λ viene fissato richiedendo che i “pesi” di Strips e Middle siano =1

4

1opt j j

jE w E

=

= ∑

,,

j k j kopt j k

optm m

m

w w CE

E w

σ

µ

=∑

∑1

m mk kk

w Cλ µ−= ∑

, ; Cov ;j j j k j kE C E Eµ = =



46

Test su fasciouniformità in energia

Uniformity at all φ


Ene

rgy

(GeV

)

φ=1

φ=2

φ=3

φ=4

φ=5

φ=6

φ=9

φ=10

φ=11

φ=12

φ=13

φ=14

200

210

220

230

240

250

260

0 10 20 30 40 50

ricostruzione con “optimal filtering” σE/⟨E⟩ = 1.0%

transizione piombo

pendenza → leakage

Uniformity with weights at all

Middle cell nr along

Ene

rgy

(GeV

)

200

210

220

230

240

250

260

0 10 20 30 40

leakage corretto

Ebeam = 245 GeV

“optimal filtering” e ripesamento

σE/⟨E⟩ = 0.9%

φ

η

φ=1

φ=2

φ=3

φ=4

φ=5

φ=6

φ=9

φ=10

φ=11

φ=12

φ=13

φ=14

50



47

Test su fascioriassunto, conclusioni

Mod 13• esposto al fascio 55% del

modulo• ostacolo lungo il fascio

– peggiore misura di energia e di risoluzione

• uniformità su tutto il modulo:0.9%

• uniformità per mother board (8x8 celle): 0.5% ÷ 1.1%

Mod 10• esposto al fascio 85% del

modulo• HV su un solo half-gap in 3

settori– studiare fattore correttivo

• uniformità su tutto il modulo:0.9%

• uniformità per mother board (8x8 celle): 0.4% ÷ 0.9%

risultati migliorabili ⇒ ulteriori studi in corso(termine costante nominale = 0.7%)



48

Simulazioni di fisica, studio di performances

• studio di H0 → γγ– ricostruzione di γ, separazione γ/π0

• studio di A0 → ττ– ricostruzione di jet da leptoni τ– ricostruzione pT

miss

• performances studiate estensivamente sul vecchio software ATRECON (in FORTRAN)– vd. “Detector and Physics Performance TDR - II” LHCC 99-

15• in esame le performance del nuovo software ATHENA (in C++)



49

Separazione γ/π0

(Canale H0 → γγ)• separazione grazie alla granularità

molto fine in ∆η delle Strips:– presenza di un 2° massimo– larghezza dello sciame– energia fuori dal “core” dello sciame...

• studi effettuati in passato con ATRECON:– vd. “Detector and Physics Performance

TDR - II” LHCC 99-15– efficienza sui γ = 90%– fattore di reiezione dei π0 ≈ 3

• studi ripetuti con ATHENA:– efficienza e reiezione compatibili a

quelli ottenuti con ATRECON

γ-π0 (conv+unconv γ)

80

82

84

86

88

90

92

94

96

98

100

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5

Athena

η

γ ef

fici

ency

(%

)

Atrecon

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5

η

π0 rej

ectio

n fa

ctor

Athena

Atrecon



50

separazione γ/π0

γ-π0 at η=0.3 Athena (conv+unconv)

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Fraction of energy in the strips

No.

(no

rm)

10-3

10-2

10-1

1

0 2 4 6 8 10

π0

γ

Et of 2nd maximum (eg_e2ts1)

No.

(no

rm)

10-3

10-2

10-1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

π0

γ

(eg_e2ts1 - eg_mins1)

No.

(no

rm)

0

0.025

0.05

0.075

0.1

0.125

0.15

0.175

0.2

0.225

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

eg_fracs1

No.

(no

rm)

π0

γ

γ-π0 at η=0.3 Athena (conv+unconv)

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

-0.4 -0.2 0 0.2 0.4

Barycenter in the strips

Eg_

wid

ths1

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

-0.4 -0.2 0 0.2 0.4

Barycenter in the strips

Eg_

wid

ths1

0

0.025

0.05

0.075

0.1

0.125

0.15

0.175

0.2

0.225

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

π0

γ

eg_weta1

No.

(no

rm)

(ET 2nd maximum)-(ET minimum) (E7- E3)/E3

(ET 2nd maximum)

sho

wer

wid

th mea

sure

d in

st

rips

sho

wer

wid

th mea

sure

d in

st

rips

shower width measured in strips



51

Athena :Athena :<>=2.27<>=2.27RMS=1.1 RMS=1.1

AtreconAtrecon: : <>=2.29<>=2.29RMS=1.1 RMS=1.1

Athena :Athena :<>=0.067<>=0.067RMS=0.042 RMS=0.042

AtreconAtrecon: : <>=0.066<>=0.066RMS=0.039 RMS=0.039

Athena :Athena :<>=0.111<>=0.111RMS=0.074RMS=0.074

AtreconAtrecon: : <>=0.115<>=0.115RMS=0.070RMS=0.070

Athena :Athena :<>=0.006<>=0.006RMS=0.007RMS=0.007

AtreconAtrecon: : <>=0.007<>=0.007RMS=0.00RMS=0.00

Athena =Athena =AtreconAtrecon==

• ricostruzione e identificazione basata sulle informazioni dai calorimetri e dall’inner detector:– “raggio” nel calorimetro e.m.– isolamento nel calorimetro– larghezza nelle strips– numero di tracce cariche

associate• canale A0 → ττ: efficienza =

30%, reiezione di jets adronici ~2000

• confronto ATHENA / ATRECON

Jet da leptoni τricostruzione e identificazione

8 8



52

Momento trasverso mancantericostruzione e calibrazione

• PTmiss quantità cruciale per studi di

SUSY• risoluzione di PT

miss cruciale per il canaleA0 → ττ (ricostruzione della massa)

• PTmiss ricostruito con tutte le celle del

calorimetro (incluse nei clusters edesterne ai clusters)

• effetti importanti:– noise/pileup– zero-suppression nei calorimetri– calibrazione/intercalibrazione dei

calorimetribassa luminosità



53

Conclusioni• Impegni hardware contemplati nel CORE in fase conclusiva

– extra-costi = +20% (in CHF)• Incremento di attività nei campi:

– simulazioni di fisica / studio di performance– ricostruzione di segnale– test beam

• Possibili attività future:– test beam combinato EMB+TILECAL (+MU? +Tracker??)– sistema di monitoraggio temperatura nel criostato durante i test

di cool-down (e forse in ATLAS ?)– misura a freddo dei canali EMB con tecnica Time Domain

Reflectometry (TDR)– misure del noise coerente su Reference Crate



54

Costi

Capitolo Contributo Milano previsto reale

(%) (kCHF) (kCHF)

Componenti, schede multi-layer, cavi 5.0 30 30Test elettrici per elettrodi kapton 50.0 200 214Produzione industriale elettrodi kapton 26.5 2464 3109Contatti di massa 100.0 150 199Logistica 25.0 50 50Preamp’s a caldo per EM e FCAL 50.0 833 883Totale 3727 4485

calorimetro elettromagnetico ad argon liquido dell ... · – middle: raccoglie la maggior ......

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