ATLAS
Il rivelatore a PIXEL di ATLAS
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Rivelatori traccianti
Pixel detector
Costruzione/installazione del detector
E adesso?
Claudia Gemme INFN-Genova
11/15/2007
M.Nessi
Un rivelatore per LHC
I rivelatori sono posti nei punti in cui i due
fasci vengono fatti collidere tra di loro.
Devono essere in grado di:
- identificare le particelle che si formano
- misurare l’energia , la carica e la direzione di
ciascuna particella
A complicare:
- Molte particelle che si formano nelle interazioni, per
esempio Z,W, Higgs, decadono immediatamente in
particelle piu’ elementari; altre riescono a percorre
alcuni cm e poi decadono formando vertici ‘secondari’
-alcuni costituenti fondamentali (i quarks) non sono
capaci di stare da soli e formano immediatamente
particelle composte.
- dalle particelle secondarie si deducono le
proprieta’ di quelle genitrici e dei processi elementari
2
Come e’ fatto un “microscopio” (a strati specializzati…)
tracciatore
Calor. adronico
fotone
elettrone
muone
adrone carico (p)
adrone neutro (n)
neutrini
Cal. Elettrom.
Rivelatore m
Il tracciatore e il rivelatore di muoni
sono immersi in un campo magnetico in modo
che dalla curvatura delle tracce cariche si misuri
la loro velocita (impulso)
Tracciatore
 Sono strati sottili di gas o semiconduttore che
vengono ionizzati (cioe’ vengono strappati
dagli atomi gli elettroni piu’ esterni, meno
legati) dalla particella carica che passa.
 La ionizzazione genera un piccolo impulso di
corrente raccolto da elettrodi, amplificato e
memorizzato dando cosi’ origine a un ‘hit’,
ovvero un ‘punto’ sul piano del rivelatore.
 Il tracciatore deve essere piu’ trasparente
possibile al passaggio delle particelle in modo
da non perturbarne le proprieta’.
 Con successive analisi dei dati:
 Da un insieme di hit allineati su una traiettoria
si forma una traccia.
 Il tracciatore e’ di solito in un campo
magnetico: le particelle cariche curvano -> dal
raggio di curvatura si misura la velocita’ della
particella.
Raggi
cosmici
Rivelatori a Pixel
 In un rivelatore a pixel gli elementi sensibili sono organizzati in una matrice.
 Se un campo elettrico esterno e’ applicato al rivelatore, gli elettroni si
muovono verso la superficie del rivelatore formando una piccola corrente
elettrica che viene amplificata, trattata e mandata verso l’esterno da un
chip di elettronica.
 Il contatto tra sensore e elettronica è realizzato con una tecnica di
microconnessione detta “bump bonding”, che utilizza reticoli di sferette
conduttrici del diametro di pochi micron.
pixel
colpito
In ATLAS il rivelatore
piu’ vicino alle collisioni
e’ un rivelatore a Pixel
che da’ precisione di
~10 um.
Perche’ il rivelatore a Pixel?
 Perche’ dobbiamo ricostruire con precisione tracce e
vertici dove la densita’ di particelle e’ maggiore!
2011 event with 20 primary vertices
Il rivelatore a Pixel:
dalle idee al rivelatore funzionante
Prima del 1998: vari gruppi di ricerca per sviluppo tecnologie
1998 Descrizione tecnica del rivelatore
2004 inizio della produzione dei moduli nel laboratori
2006 inizio integrazione al Cern: assemblaggio del rivelatore
in superficie
Giugno 2007 installazione in ATLAS
Settembre 2008 primi cosmici osservati nel rivelatore
Autunno 2009: prime collisioni in LHC
The ATLAS Pixel Detector le idee
B-Layer
Layer-1
B-Layer
Disks
• The Pixel Detector is the vertex
detector for the ATLAS
experiment.
• It consists of three barrel layers
and six disks, covering with
three precise measurement
points
• Radius =5, 9,12 cm
• There are a total of 80 million
channels and a sensitive area of
1.6 m2.
Beampip
e
Il concetto di modulo
 I moduli – 1744 in tutto- sono i
i mattoni del rivelatore a pixel.
 La parte sensibile del
rivelatore e’ uno strato di
Silicio (60.8×16.4 mm2 × 250
mm diviso in una matrice di
pixel (50 mm × 400 mm)
 Su ogni pixel e’ deposta una
pallina di In o Sn/Pb per creare
il contatto con i chip di
elettronica.
 16 front-end electronics chips
sono connessi al sensor
(tecnica del bump-bonding)
 Un circuito incollato sul retro
del sensore permette la
comunicazione con il mondo
esterno e il routing delle
alimentazioni.
 E poi i moduli sono incollati su
delle stecche di Carbonio.
Circa 800 sono stati costruiti e
qualificati a Genova nel 2004-2006!
Le fasi dell’integrazione
Un vero lavoro
di squadra!
... E poi l’installazione in ATLAS (June 2007)
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E adesso??
 Stiamo costruendo un nuovo rivelatore, IBL (insertable B Layer), da
inserire ancora piu’ vicino al punto di interazione 3.5 cm di raggio.
 Cosi’ avremo 4 punti molto precisi e la ricostruzione delle tracce e
dei vertici potra’ migliorare.
 14 stecche con 20 moduli da montare entro Fine Aprile.
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A Genova costruiti meta’ dei moduli.
 Adesso vi facciamo vedere come lo facciamo.
Existing B-Layer