BTeV
Luigi
18 Maggio 2004
La Fisica di BTeV
• Test del MS nel settore degli Heavy Flavour, b e c,
alla ricerca di possibili inconsistenze indotte da
Nuova Fisica
– Sensibilita’ tramite i loop fino a scale dell’ordine di qualche
TeV
– Forte potere discriminante sui possibili modelli di NF
• Due campi almeno su cui giocare, Bd e Bs
– Possibilita’ di incrociare le misure
• Miglior controllo delle sistematiche, in generale, e di quelle indotte
da effetti forti, in particolare.
• E di piu’, b, Bc, ecc
Approccio Sperimentale
• Moderno approccio basato su trigger direttamente al primo
livello sull’evidenza di vertici secondari
– Ricostruzione completa con COV delle tracce, dei primari e dei relativi
parametri d’impatto
• Elemento cruciale e’ il rivelatore a pixel immerso in campo
magnetico
– Informazione tridimensionale  basso combinatorio di ricostruzione
– Eliminazione diretta delle tracce a basso momento
• Non ritengo esista approccio piu’ robusto ed efficiente (o forse
alternativo?) alla fisica degli heavy flavour ai collider adronici
– Ambiente estremamente ostile!
– Basso bbar / tot ed alte molteplicita’
Physics Reach (CKM) in 107 s
Reaction
Bop+p-
B (B)(x10-6) # of Events
4.5
S/B
Parameter
Error or (Value)
14,600
3
Asymmetry
0.030
Bs Ds K-
300
7500
7
g
8o
BoJ/y KS
445
168,000
10
sin(2b)
0.017
Bs Ds p-
3000
59,000
3
xs
(75)
170
1
g
13o
B-Do (K+p-) K-
0.17
B-Do (K+K-) K-
1.1
1,000
>10
B-KS p-
12.1
4,600
1
Bo K+p-
18.8
62,100
20
Bor+p-
28
5,400
4.1
Boropo
5
780
0.3
BsJ/y h,
330
2,800
15
BsJ/y h
670
9,800
30
J/y l+l-
@2 int/xing
< 4o +
g
theory errors
a
~4o
sin(2c)
0.024
Physics Reach Rare Decays
Reaction
B (10-6) Signal S/B
Physics
BoK*om+m-
1.5
2530
11
polarization
& rate
B-K-m+m-
0.4
1470
3.2
rate
bsm+m-
5.7
4140
0.13 rate: Wilson
coefficents
Concorrenza
• L’unico esperimento concorrente e’ LHCb
– B-factory non competitive per ovvie ragioni di bbar e non
accesso a Bs in primis
• Confronto con LHCb difficile
– I numeri di LHCb stanno cambiando ormai da piu’ di un
anno
• Transizione da LHCb a LHCb-light
– Stanno ancora ottimizzando i tagli
• E’ pero’ facile trarre alcune conclusioni alla luce dei
loro vecchi numeri, TP, e di quelli piu’ recenti
Specific Comparisons with LHCb
(LHCb TP numbers)
Yield nei due canali cruciali per a e g
Mode
BR
Yield
Bs Ds K- 3.0x10-4 7530
Bor+p-
2.8x10-5
Boropo
0.5x10-5
LHCb
BTeV
S/B
Yield
7 7660
S/B
7
5400 4.1 2140 0.8
776 0.3
880
not
known
LHCb-light Vs BTeV
Mode
Quantity
Bo  J/yKs
Bs DsK
Bo  rp
Bo  pp
Bs  J/y h()
Bs  J/y 
sin(2b)
g
a
A
sin(2c)
sin(2c)
LHCb
Sensitivity
0.022
14o
?
0.06
0.063
BTeV
Sensitivity
0.017
8o
4o
0.03
0.024
-
N.B. LHC sensitivities from M.Calvi @ IFAE ‘04 (Torino). The assumed BR of
Bs DsK is different in the two cases and favours BTeV.
In buona sostanza
• Dal confronto dei soli numeri traspare un quadro in cui
– i due esperimenti sostanzialmente competono sui modi canonici
carichi;
– LHCb, invece, risulta fortemente penalizzato sui modi con almeno un
neutro da una scelta calorimetrica meno aggressiva.
• Ma da un confronto piu’ approfondito dei due esperimenti
emergono altri importanti fatti
– Campo d’indagine di LHCb limitato da un throughput finale 20 volte
piu’ piccolo, 200 Hz vs 4 kHz
• Pesante preselezione di canali e candidati a livello di trigger
• Challenging! E i fondi?
– D2 in LHCb inferiore di circa un fattore 2 rispetto a BTeV, 4-6% vs
10-13%
– Programma di fisica del c totalmente assente in LHCb
– In fine, 1 anno di BTeV  2 anni di LHCb
Recent CD-1 Review
• Molto bene, sia per l’aspetto Tecnico-Scientifico, che per
quello dei costi
– “The Committee supports the proposed technical scope and the cost
range presented”
– Notevole apprezzamento del progetto, delle sue finalita’ di fisica e del
suo management, considerati gia’ a livello di CD-2
• La schedula, cosi’ come presentata, non presenta invece
margini di float soddisfacenti
– “Develop a schedule and funding profile for BTeV, such that the
desired scientific capabilities are obtained while ensuring that the
scientific output is competitive and timely. Provide revised plans to
DOE as soon as possible, to support the CD-1 decision process.”
– Lo faremo al piu’ presto e comunque siamo stati colti in contropiede,
non aspettandoci questa discussione sul float in CD-1
Comunque …
•
•
All’indomani del review, ci sono stati vari incontri
fra il DOE e il direttorato di FNAL
Il risultato di tali incontri puo’ essere riassunto nei
seguenti punti:
– Sia il DOE che FNAL sono fortemente in favore di BTeV
e vogliono assicurare una tempestiva partenza del
progetto
– Per questo vogliono da noi due schedule,
1. Una basata sul funding profile proposto ed in grado di garantire
float superiori a 6 mesi
2. Un’altra senza vincoli di funding, per capire quando, al piu’
presto, potremmo essere pronti.
Schedula 1
• Poiche’ funding limited, questa schedula comportera’
necessariamente ulteriori ritardi e quindi, per non pregiudicare
la competizione con LHCb, dovra’ prevedere un opportuno
staging.
• La stiamo elaborando prevedendo grossi float, ~ 1 anno, in
modo di far fronte persino a situazioni estremamente
improbabili cosi’ da ottenere in ogni caso CD-1
– Questa sara’ la schedula con cui verremo “baselined”
• L’ipotesi di staging che stiamo perfezionando contempla
l’installazione nel 2009 di una versione ridotta del nostro
apparato che ci consenta di competere pienamente su tutti i
modi carichi, rimandando di circa 6 mesi la fisica dei neutri,
dove, per ovvi motivi, non saremo comunque penalizzati.
Ipotesi di Staging
• Stage 1
– Verra’ installato entro Ottobre ’09 e contempla
• L’intero sistema a pixel
• Almeno 4 stazioni su 7 del forward tracker, incluse la VI e la VII
• ¼ dei cristalli del calorimetro
– Questo tra l’altro elimina ogni rischio di competizione con CMS sul
procurement dei cristalli
• Il RICH senza radiatore liquido o con solo una parte di questo
• Parte del muon detector
• Stage 2
– Completamento dell’apparato, previsto per meta’ del 2010
Schedula 2
• Si tratta di una semplice rielaborazione della nostra presente
schedula senza limiti di funding
– Consente con ampi margini di float, superiori a 6 mesi, di essere pronti
per l’Ottobre 09, data limite da noi considerata sufficiente per non
compromettere la competizione con LHCb e recuperare facilmente.
• Richiede un congruo anticipo di fondi e quindi diventera’ la
nostra schedula ufficiale se e solo se interverranno nuovi
accordi sul budget fra DOE e FNAL
• Per il momento, questo non e’ ovviamente il nostro goal
principale
– ora vogliamo CD-1 ed al piu’ presto
– Poi vedremo come sveltire la nostra schedula
Schedula
• Va da se’ che
– tutte queste considerazioni siano rilevanti solo per il
processo di approvazione in se’;
– non esiste alcun impedimento a che noi si possa essere
pronti per l’Ottobre 09 §, come da nostri piani,
– e questo dipende unicamente da noi!
• E’ altrettanto chiaro che
– L’accelerazione del processo di costruzione puo’ essere
spinta dalla disponibilita’ di fondi esterni, quali INFN, che,
per ora, non sono considerati.
§ Per questa data, nello scenario a noi piu’ sfavorevole, LHCb potrebbe aver accumulato
dati veri per 6 mesi al massimo, pari al 50% del periodo di run totale a loro disposizione.
Chi siamo
• LNF
– E.Basile, F.Bellucci, M.Bertani, S.Bianco, M.Caponero, D.Colonna,
F.L.Fabbri, F.Fabbri, F.Felli, M.Giardoni, A.LaMonaca, G.Mensitieri,
M.Pallotta, A.Paolozzi
– 12 Ric + 2 Tecnologi
• Milano
– G.Alimonti,M.Citterio, P.D’Angelo, M.Dinardo, S.Erba, S.Magni, D.Menasce,
L.Moroni, D.Pedrini, P.Ratcliffe, M.Rovere, S.Sala, L.Uplegger
– 9 Ric + 4 Tecnologi
• Pavia
– G.Boca, G.Cossali, D.DiPietro, P.F.Manfredi, M.Manghisoni,
M.Marengo,I.Mariani, V.Re, M.Santini, M.Scaglioni, A.Spelgatti, G.Traversi,
V.Speziali
– 6 Ric + 8 Tecnologi
• In totale
– 27 + 14 = 41 persone
• Pensiamo comunque di crescere una volta approvati dallo INFN
– Esiste un’importante comunita’ INFN che lavora ed e’ interessata alla futura
fisica degli heavy flavor
– CDF, BaBar, …
Cosa vogliamo fare
•
•
Pensiamo di assumerci impegni costruttivi solo
laddove ne abbiamo la piena responsabilita’.
Specificamente
1. Il sistema a micro-strip del forward tracker
–
–
Luigi responsabile dell’intero sistema
Proponiamo un contributo pari a circa il 50%
2. I moduli centrali degli straw
–
–
Prodotti da Frascati secondo il progetto da loro sviluppato
Realizzano anche un supporto ottimale per le micro-strip
3. Il sistema di monitor di posizione a FBG
–
Frascati lo implementera’ per gli straw, le strip ed i pixel
Responsabilita’ Micro-Strip
• Progetto controllato e gestito dai gruppi italiani come
dimostrato dal relativo staffing.
– Lev 2 Managers
– Luigi Moroni
– John Cumalat (deputy)
– Lev 3 Managers
• Sensors
– S.Sala (Milano)
• Electronics
– V.Re (Pavia)
• Mechanics
– L.Moroni (Mi) & J.Cumalat (CU)
• Cooling
– E.Cossali (Pavia)
• System Integration & Testing
– D.Menasce (Milano)
Responsabilita’ Straw
•
Frascati diventa il IV centro di produzione degli
straw:
1.
2.
3.
4.
•
•
FNAL
Houston
LNF
Virginia U.
LNF responsabile del progetto e della costruzione
dei moduli centrali M0X e M1
Lev3 Manager
– F.L.Fabbri
I progetti in Sintesi
• Do una descrizione sommaria dei due progetti Straw
& Strip in cui sono coinvolti gli italiani per meglio
inquadrare le richieste
• Non presento i progressi R&D finora ottenuti
– Mi riservo di mostrarli in caso di richiesta
• Come vedremo, Straw & Strip sono strettamente
connessi
– L’uno serve anche da supporto all’altro con notevole
risparmio in termini di materiale.
– E’ fondamentale per la riuscita del progetto che I gruppi
coinvolti lavorino in stretto contatto.
Micro-Strip: General properties
How does it look like?
It is made of Ladders …
…, which form planes and stations.
3 views:
X: 0o (horizontal)
U: 90o + 11.3o
V: 90o - 11.3o
How are they supported?
Ladder details
More details
Sec AA
A
A plane
From Planes to Stations
• By stacking three of
these planes we form a
station
• Alignment of the two
halves of a plane and
of the three planes of a
station is guaranteed
by suitable pins
– For details, see
PLYFORM drawings
Total radiation length of the station: ~1.2% all included.
How are Stations suspended?
How are they assembled on the support?
X-view straws
Straw Project by LNF: M0X & M1
MANUFACTURING PROCEDURE
•
CFRP SHELL MANUFACTURED WITH VACUUM BAGING TECHNIQUE USING
ALUMINUM MOULD
M0X ASSEMBLY
Total Radiation Length strut+plate = 7 ÷ 8/1000
M0X EXPLODED VIEW
DETAIL NEAR THE BEAM PIPE
DETAIL NEAR THE BEAM PIPE (Cont.)
Wire attachment
End plugs
Plastic End plate
Gap for gas flow
Cut out view
Sealing and wiring blocking plate
FBG: MOX Monitoring
Computer
FBG
Interrogation
system
FBGs planned arrangement and
optical circuitry for 6 MOXs
P
60 cm
Optical
Switch
From station 6
From station 4
From station 3
Displacement resolution at point P
• in X-Y plane: 1 mm
• along Z axis: 10 mm
(Station-1 MOX)
From station 2
From station 1
Z
Y
X
FBG for monitoring
Bending in Y-Z plane
FBG for monitoring
In-Plane deformation
FBG for monitoring
Bending in X-Y plane
FBG for monitoring
Torsion
PSC Monitoring
Pixel Support Cylinder:
FBG sensors will monitor
deformations and
repositioning of PSC
PSC deformations affect Pixel
detector position
PSC removing and repositioning is
required at each
proton-antiproton beam storing
PSC Repositioning Monitoring
PSC position is worked out by
deformation monitoring of
OMEGA gauge.
FBG sensors
OMEGA gauge:
•one end clamped at a Fixed
Frame
•one end clamped at PSC
structure component
PSC structure
component
Fixed
Frame
PSC Repositioning Monitoring
Finite Element Model analysis for optimisation of FBGs position on OMEGA
gauge surface
Solid X Normal Strain
Richieste Finanziarie 2005-2009
Item
Costr.App. (k$)
Note
Micro-Strip
Straw
FBG
Totale
3,456
1,357
416
5,229
Pari a circa il 50% del costo totale
M0X & M1
182(Strip)+91(Straw)+143(Pixel)
Nel caso, + 35% di contingenza
N.B. IVA non inclusa
• Si tratterebbe di un contributo costruttivo pari a circa il
 5/180  2.7% del costo totale,
• a fronte di una percentuale di presenza nella collaborazione del
 27/150  18%, considerando i soli ricercatori, o del
 41/150  27%, includendo i tecnologi
Micro-Strip Cost Breakdown
Micro-Strip Cost Breakdown
Electronics Cost Breakdown
Mechanics & Coling Cost Breakdown
Integration Cost Breakdown
Straw Cost Breakdown
Straw Cost Breakdown
Straw Cost Breakdown
Profilo di Spesa
Detector
2005 2006 2007 2008 2009 Totali
Micro-Strip
172
780
759
1,725
20
3,456
Straw
224
600
400
133
-
1,357
FBG
-
-
162
254
-
416
20
5,229
Totali
396 1,380 1,321 2,112
N.B. Profilo come da WBS. Parecchie spese possono essere anticipate.
Richieste Aggiuntive 2004
•
•
•
•
Sblocco SJ missioni + ~50 kEuro
Sblocco dei consumi
15 kEuro a PV per sottomissione nuovo chip
~ 200 kEuro a Mi
– Prototipi sensori
– Prototipi Hybrid
– Prototipi Flex
• ~50 kEuro a LNF
– Prototipi MOX & M1
Sensors in 2004
In Conclusione
• BTeV
– Formidabile occasione per la fisica degli heavy flavour ad
alta sensibilita’
– Programma fondamentale per il suo potenziale di scoperta
di Nuova Fisica
• Necessario complemento alla fisica ad alto pt, ATLAS & CMS
– Forti caratteristiche di complementarieta’ con LHCb
• Cruciali per i canali con neutri e per le sistematiche di misura
– Con un limitato investimento si acquisisce un ruolo di
primo piano in un esperimento, le cui possibilita’ di analisi
fisica sono praticamente illimitate.
• Chiedo pertanto alla Commissione di voler approvare
BTeV
Just in Case
Scorporo FBG
Item
Costr.App. (k$)
Di cui FBG (k$)
Senza FBG
Micro-Strip
3,638
182
3,456
Straw
1,448
91
1,357
Pixel FBG
143
143
-
Totale
5,229
416
4813
Profilo di Spesa con Scorporo FBG
Detector
2005
2006
2007
2008
2009
Totali
Micro-Strip
172
780
778
1,888
20
3,638
di cui FBG
-
-
19
163
-
182
Micro-Strip – FBG
172
780
759
1725
20
3,456
Straw
224
600
400
224
-
1,591
di cui FBG
-
-
-
91
-
91
Straw – FBG
224
600
400
133
-
1,357
MS FBG
-
-
19
163
-
182
ST FBG
-
-
-
91
-
91
Pixel FBG
-
-
143
-
-
143
FBG ALL
-
-
162
254
-
416
Totali
396
1,380
1,321
2,112
20
5,229
BTeV vs BaBar
Number of tagged B0  pp – (B = 4.5  10 –6 )
L

#B/107s
Signal 
Tag D2
S/B
# Tagged/107s
BaBar
1034
1 nb
108
0.38
0.28
?
49
BTeV
2 1032
100 mb
1.5 1011
0.021
0.1
3
1450
B, Signal  and Tag D2 from BaBar
Number of untagged B0  rp– + CC (B = 2.26  10 –5 )
L

#B/107s
Signal 
Tag D2
S/B
# Untagged/107s
BaBar
1034
1 nb
108
0.21
0.28
?
475
BTeV
2 1032
100 mb
1.5 1011
0.0013
0.1
0.8
4360
B, Signal  and Tag D2 from BaBar
 107s @ L= 1034  100 fb-1
 Up to now, BaBar has recorded ~ 200 fb-1 in 5 years.
BTeV trigger & throughput
• Assume L= 2x1032 cm-2 s-1
• We now need to know inelastic
 inelastic = total- elastic- diffractive= 77.6-18.9-9.5=49.2 mb
 Taking 50 mb there are L=107 interactions/sec
•
Expect 1000/1 reduction of min-bias events by L1 & L2
together
 Will end up with 104 min-bias events at L3 input which will be
practically killed by L3 analysis
• Throughput tuning
 ~ 1 kHz for b
• about 5 % of 2 104 produced b (100 mb)
 ~ 1 kHz for c
• about 1 % of 105 produced c (500 mb)
 ~ 2 kHz for contingency, calibration and other