K + Un Gigatracker per NA48/3 – P326 Mara Martini Università di Ferrara Cosa vogliamo misurare BR( K+ —> ) = ( 8.0 ± 1.1 ) x 10 -11 in SM @ NLO PK = 75 GeV/c Accettanza ~ 10% Goal of P326 Regione 1 Regione 2 S/B = 10 ~10-12 rejection 80 eventi in 2 anni di presa dati 2 modi per eliminare il fondo + cinematica Veto e PID 23-giugno-2005 Mara Martini 2 Fondo riducibile con la cinematica P P 2 mmiss m2 1 K mK2 1 PK P K2 P PK Decay BR Km2 0.634 +0 0.211 ++(00) 0.070 92% del fondo totale Permette di definire la regione del segnale 23-giugno-2005 Mara Martini 3 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 X0 per stazione misura PK misura (x,y,z)K misura K • Spettrometro: • 5x10-3 X0 per camera • misura Ptrack x 2 volte • misura track 23-giugno-2005 Mara Martini 4 Visione globale nel fascio 10 MHz kaon decays 23-giugno-2005 Mara Martini 5 Il Gigatracker 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. 12.32m fascio rate ~1GHz maggior parte , solo 6.5% K 40mm 6.05m Spibes 2 86.731m from T0 Spibes 1 80.681m from T0 final collimator, decay volume, detector FTPC 99.051 m from T0 87m Ch1 204.850m from T0 (t) ~ 100 ps/track → S/B ~ 25 (p)/p <0.5% (Spibes 1,2) ~15 mrad (Spibes2, FTPC) X/X0<<1% minimo materiale sul fascio → minima deviazione dovuta al MS 23-giugno-2005 Mara Martini 6 Il tracking a 1GHz nel fascio Dimensioni fascio @ GT: 36x48 mm2 rate max: 1.9MHz/mm2 (3 pos), rate medio: 56 GHz/cm2 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 23-giugno-2005 Mara Martini 7 SPIBES: Silicon Pixel Beam Spectrometer Rivelatore a pixel di silicio ibrido: sensore (200 mm) bump bonded al chip di readout (100 mm) Sensore: esperienza di Alice p-on-n GEANT4 200 mm 300 mm 400 mm 200 μm → (5-15) x 103 elettroni r/o chip: esiste 150mm (Alice). Si cerca di ridurre ulteriormente ( ‼ fragile ‼) 23-giugno-2005 Mara Martini 8 Esposizione a la radiazione Sensori : danni al materiale variazione nel tempo delle caratteristiche elettriche anche dopo l’irraggiamento aumento di Ileak raffreddamento cambiamento di Vd inversione tipo n –tipo p campi troppo alti CMOS r/o chip: danni alla superficie Total Ionizing Dose (TID) ossidazione e difetti in SiO2 Single Event Upset (SEU) random bit on/off (ridondanza) Flusso medio di particelle Фeq ( 1 MeV n)/ cm2 ~ 2.7x10 11 al giorno ≥ 1012 si ha inversione di tipo. (3x1014 CMS pixels in 1 anno) TID max ~ 2 Mrad in 100 giorni 23-giugno-2005 Mara Martini2 settimane sostituzione ogni 9 Dimensioni della cella risoluzione Risoluzione totale della (m2miss) ~ 1.1×10-3 GeV2/c4 GEANT Montecarlo di tutto il tracciamento + sovrapposizione di eventi accidentali nel GT (3 stazioni di 0.4% X0) Pixel 200(V) x 300(O) μm 2 300(V) x 300(O) μm 2 pK K 23-giugno-2005 GOOD ENOUGH !! Mara Martini 10 Risoluzione temporale fondo 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 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 23-giugno-2005 Mara Martini 11 Un commento sul chip di lettura 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 Per la realizzazione esistono due opzioni tecnologiche : CMOS 0.25 mm 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 mm 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 23-giugno-2005 Mara Martini 12 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) 23-giugno-2005 Mara Martini 13