KOPIO Stato delle attività e programma di R&D Giusy Anzivino CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/1 Sommario Il decadimento KL p0nn L’esperimento KOPIO Interessi di Perugia e attività in corso Studi Montecarlo per l’inner liner Test di cristalli di PbWO4 Studi Montecarlo per trigger di livello 0 Programma di R&D Situazione politica in U.S.A. Conclusioni CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/2 KL 0 p nn - motivazioni Quattro “super-clean” inputs dalla fisica dei K e dei B contribuiscono a verificare la descrizione B K K p nn della violazione di CP nell’ambito dello SM KL0 0 d S E787/E949 (BNL) CKM (FNAL) K p nn KOPIO (BNL) p nn Bd Ks E391A (KEK) BABAR, BELLE LHCB xs Bs - Bs xd BCDF, d - Bd xs Bs - Bs xd Bd - Bd CSN1, 14-5-2002 CDF, LHCB BTeV Accesso diretto al parametro h Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/3 Il decadimento KL 0 p nn Branching ratio previsto dallo SM (3 ± 1) x 10-11 Limite attuale < 5.9 x 10-7 (KTeV) Segnatura sperimentale molto debole Solo due fotoni rivelati A priori non è noto il vertice di decadimento né l’energia del K Fondi da controllare: Decadimenti del KL 34% dei decadimenti del KL ha almeno un p0, per esempio KL p0 p0 (BR = 9.3 x 10-4), KL p p- p0 (BR = 1.25 x 10-1) cattiva identificazione, es. KL p- e+ n (BR = 3.9 x 10-1) Fondo di neutroni del fascio CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/4 L’esperimento KOPIO CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/5 Tecnica di misura 2g + niente Veto a 4p con inefficienza molto bassa (~10-4) Ricostruzione cinematica Impulso del KL con TOF Struttura temporale del fascio Soppressione fondo di KL p0 p0 CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/6 Attività in corso a Perugia Inner liner Simulazione di sciami per valutare gli effetti di bordo nel Preradiatore e nel Calorimetro ottimizzazione della geometria dell’inner liner Studi Montecarlo per valutare la separazione segnale-fondo in funzione delle prestazioni del rivelatore Test di cristalli di PbWO4 Trigger di livello 0 Valutazione di algoritmi semplici di molteplicità basati sul conteggio dei clusters nel preradiatore CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/7 Regione intorno alla beam pipe Costole Inner Liner CSN1, 14-5-2002 Nella zona interna al Prerad. e al Calorimetro la beam pipe ha costole di Be di rinforzo I moduli del Calorimetro NON possono entrare nella regione delle costole Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/8 Inner Liner Sciami non contenuti Perdita di energia Deterioramento s(E)/E Peggiore S/N Allargamento regione occupata dal fondo Tagli più stringenti Perdita di segnale CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/9 Inner Liner – MC/1 Simulate varie configurazioni per l’inner liner Energia dei g: 50-1500 MeV, incidenza normale nel preradiatore e/o nel calorimetro uso di cristalli di PbWO4 e CsI ottimizzazione fra recupero di energia persa nel tubo a vuoto e non perdita di accettanza del preradiatore valutazione degli eventi attesi vs. S/N CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/10 Inner Liner - MC/2 Leakage Evidenti code a piccole distanze CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN CsI KOPIO/11 Inner Liner – MC/3 2.5 cm PbWO4 nel preradiatore 10 cm PbWO4 nel calorimetro s(E)/E = 3%/E 5%/E CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/12 Inner Liner – MC/4 Per S/N = 2, eventi attesi CSN1, 14-5-2002 PbWO4 (3%/E) PbWO4 (5%/E) CsI (2%/E) Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN ~ 45 ~ 43 ~ 40 KOPIO/13 Conclusioni MC Le configurazioni studiate indicherebbero l’utilità di un inner liner sia nel PR che nel Cal. I risultati trovati sono relativi ad una situazione pessimistica (incidenza normale) In corso studi con angoli di incidenza realistici e ottimizzazione del volume di rivelatore CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/14 Test di rivelatori a PbWO4 Test con sorgente di 60Co Lettura dei cristalli con PM Miglioramento del light yield Uso di collimatori Copertura con Tyvek Accoppiamento ottico con grasso Accoppiamento ottico con colla (RTV 3145) CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/15 PbWO4 – Light Yield L.Y. CSN1, 14-5-2002 8 p.e. per MeV Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/16 Dipendenza dalla temperatura a = (1.28 ± 0.06)% CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/17 Programma di R&D Affrontare i problemi legati alla geometria dell’apparato, in particolare come portare fuori il segnale Read-out alternativi ai PM WLS (fibre, lastre....) APD Altri rivelatori per l’inner liner Cristalli di CsI puro Nuovi tipi di PbWO4 CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/18 Read-out Ragioni di geometria escludono l’uso di PM direttamente sul cristallo letto in situ e poi portato fuori Segnale portato fuori e poi letto APD + ampli PM Fibre WLS CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/19 Fibre WLS Fibre WLS in scanalature del cristallo Trasporto segnale Shift WL Materiali WLS in altre geometrie FFC in lastre per accoppiamento con APD CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/20 APD LAAPD APD (high gain) (630-70-74-510) (S8148) (Advanced Photonix) Diametro 16 mm Grande superficie Guadagno ~200 Noise ~14 p.e. (Hamamatsu) 5 x 5 mm2 Piccola superficie Guadagno ~100 Noise ~ 8.5 p.e. In uso e/o sviluppo nell’ambito della collaborazione CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/21 Cristalli di CsI PbWO4 ottimo candidato Basso X0 e RM compattezza Basso tempo di decadimento (5-15 ns) Radiation hard .....ma basso light yield CsI puro Produzione di luce molto maggiore Basso tempo di decadimento (10-15 ns) CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/22 Simulazioni del trigger Goal Ridurre il rate da ~ 10MHz a ~10KHz in 2 ms Punto di partenza: stime del CDR Con simulazioni a livello di particelle: < 10 KHz usando molteplicità 2 ( E > 50 MeV) nel preradiatore + calorimetro e no veto in ± 5ns Simulazione Geant + algoritmi realistici Energia rilasciata negli scintillatori del prerad Energia rilasciata nelle torri del calorimetro Contatori di veto CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/23 Risultati Ingredienti principali kHz 3p0 pp-p0 Numero di proiezioni x ed y dell’energia Contatori di veto Prime conclusioni Algoritmi semplici conducono a stime più alte di ~ 10 Criticità della finestra di veto ns Rate di trigger in funzione della larghezza della finestra di veto CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/24 Molteplicità Ny vs Nx non discrimina sufficientemente fra S e N Grossi angoli di incidenza richiedono di accettare alte molteplicità Sorgente di eventi di fondo anche dentro il preradiatore 3p0 p+p-p0 CSN1, 14-5-2002 3p0 p0 nn Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/25 Che si può fare ? Miglioramento della risoluzione temporale dei segnali del preradiatore Migliora l’efficienza di veto Permette l’uso dei veto downstream Migliore algoritmo di riconoscimento di cluster nel preradiatore Coincidenze x y Individuazione del punto di partenza dello sciame CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/26 Programma di lavoro Diverse fasi Matrice di 8 X 8 coincidenze x y (per un modulo) con compensazione della propagazione luce nello scintillatore Logica di riconoscimento dei cluster Logica per associare informazione in moduli longitudinali successivi Ora Sviluppo del primo aspetto CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/27 Coincidenze x y con compensazione temporale Scopo del test Possibile accuratezza < ~ 1ns con implementazione su FPGA ? Test con ACTEL antifuse tecnology (es. A54SX08) 1 3 Ritardi per compensazione Enable individuale da modulo upstream ? 1 18 3 38 ..... 8 ..... 16 • x: (8-jy) D 36 ..... 6 • y: (8-jx) D ..... 6 8 CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/28 Situazione politica in U.S.A. Finanziamento non ancora proposto, ma diversi segnali positivi Lettera dell’associate director della divisione matematica e fisica NSF (R. Eisenstein) Rapporto finale del sottocomitato HEPAP per “long range planning for U.S. HEP” Proposta di budget 2003 dell’NSF al congresso USA Esperimento menzionato come progetto approvato dal “National Science Board” Esplicita allocazione fondi per “early planning and development” Tentativi per ottenere revisioni del budget con primi fondi di costruzione nel 2003 CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/29 Lettera Eisenstein CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/30 HEPAP subpanel (gennaio 2002) CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/31 HEPAP subpanel “roadmap” CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/32 NSF budget request CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/33 Conclusioni Interessi in KOPIO del gruppo di Perugia focalizzati su due aspetti Inner liner Trigger di livello 0 Lavoro svolto e in corso ha dato risultati incoraggianti Proponiamo una continuazione di R&D La situazione politica in U.S.A. ha fatto progressi, ma permangono incertezze CSN1, 14-5-2002 Giusy Anzivino Università di Perugia e INFN KOPIO/34