I Toroidi di ATLAS 1 toroide per il

I Toroidi di ATLAS • 1 toroide per il barrel BT ( <1) 8 bobine – Lunghezza 26 m – Raggi interno/esterno 9. 5 m/20 m – Bending power Bdl = 2 - 6 Tm – 1 Criostato/bobina • 2 toroidi per gli endcaps ECT ( >1. 4) 8 bobine ciascuno – Collocati alle due estremità all’interno del BT, bobine ruotate di 22. 5° rispetto al BT – Lunghezza 5 m – Raggi interno/esterno 1. 7 m/10. 7 m – Bending power Bdl = 4 - 8 Tm – Singolo criostato per ciascun ECT Curvatura nel piano r-z 11 Giugno 2003 Pisa LHCregione Workshop 1< <1. 4 Sovrapposizione dei campi nella

I Toroidi di ATLAS Richieste soddisfatte dal layout: Campo toroidale in avanti buona risoluzione in momento trasverso fino a ~2. 7 Toroide nel barrel minimizzazione delle forze magnetiche sul sistema; minime dimensioni/costi Alto bending power Overlap BT-ECT masima accettanza per muoni singoli ad alta rapidità Y (cm) Linee di campo consecutive separate di 0. 1 Tm La 11 mappa campo B Giugnodel 2003 nel piano mediano di un ECT X (cm) Pisa LHC Workshop 2 Integrale di campo per tracce radiali

Lo spettrometro di ATLAS MDT L’organizzazione dei rivelatori in segue la periodicità dei toroidi -> otto settori “Large” e “Small” GOAL Tracciamento di muoni di p. T tra 6 Ge. V e 1 Te. V fino a <2. 7 risoluzione pochi % fino a 100 Ge. V, 10% a 1 Te. V Trigger di muoni con p. T > 6 Ge. V fino a <2. 4 MDT RPC ECT RPC TGC 11 Giugno 2003 EC Toroid CSC Bobine BT Pisa LHC Workshop

Layout dello spettrometro Barrel MDT misurano z 80 m RPC strip e passo 3 cm 2 x 3 strati di MDT 20 misure z di precisione nel piano di curvatura + 6 misure xz 2 strati di RPC Endcap MDT misurano r 80 m CSC strip r 60 m, strip passo 1 cm TGC strip passo 3 cm, fili r passo 2 cm <2 20 misure r di precisione +9 misure xr 2< <2. 7 16 misure r di precisione + 4 misure + 7 misure xr 11 Giugno 2003 2 strati di RPC 2 (3) strati di TGC Pisa LHC Workshop radiation shield 2 x 3 strati di MDT 2 strati di RPC 2 x 4 strati di tubi a drift MDT 4 strati di CSC 4

Contributi alla risoluzione in p. T Items cruciali noti campo magnetico e di d. E/dx nei calorimetri Risoluzione spaziale e calibrazione MDT Barrel Allineamento La richiesta più stringente: Dp. T/p. T = 0. 1 per p. T = 1 Te. V -> sagitta 500 m; Ds=50 m Goal raggiungibile con • Risoluzione spaziale ~80 m • posizione del filo nota entro 20 m • Allineamento controllato entro 3040 m (barrel - endcaps) 11 Giugno 2003 Pisa LHC Workshop 5

Risoluzione spaziale: MDT Parametri meccanici dei tubi a drift Monitored Drift Tubes: Catodo cilindrico in Al spessore 400 m 1. 5 cm distanza di drift raggio massima; 1. 5 cm Tolleranze Filo W-Re meccaniche ~20 m diametro 50 m Lunghezza dei tubi 1 -6 metri Tolleranze meccaniche 20 m R-t non lineare accuratamente calibrata vs B (non uniforme lungo ) vs T (DTmax ~2. 65 ns/K) vs % di CO 2 (Tmax ~83 ns/%CO 2) Drift-time spectrum Risultati Ar(93%)CO 2(7%) a P=3 bar (ageing safe!) HV 3080 V, soglia 25 e. Massimo tempo di drift ~800 ns Guadagno 2 x 104 Risoluzione spaziale media 80 m x 6(o 8) misure ~50 m e ~0. 3 mrad per stazione RT-relation su camer e di prod uzione in test su fa s cio Controllata entro 25 m 11 Giugno 2003 Pisa LHC Workshop 6

Controllo delle posizione dei fili Parametri meccanici dei tubi a drift Catodo cilindrico in Al spessore 400 m Filo W-Re diametro 50 m Lunghezza dei tubi 1 -6 metri Tolleranze meccaniche 20 m un sistema ottico di monitoraggio della sagitta e delle deformazioni in piano della camera consente di: - equalizzare la sagitta dei tubi a quella dei fili (entro 100 m); - correggere nella ricostruzione effetti dovuti a deformazioni complessive della camera da stress meccanici e a gradienti termici (previsti fino a 1. 5°C nel volume della singola camera nei casi più sfavorevoli) 11 Giugno 2003 Pisa LHC Workshop

Allineamento relativo Z-offset Station 3 Station 2 Sistema testato a H 8 Axial lines (RASNIK) Station 1 Projective lines (RASNIK) Spostamenti relativi in direzione assiale e radiale controllati entro 30 m mediante un sistema di allineamanto ottico che utilizza l’analisi di immagini CCD mediante maschere codificate (tecnologia RASNIK) 11 Giugno 2003 Pisa LHC Workshop errore sulla sagitta dovuto al disallinamento controllato al livello di ~ 20 m 8

Caratteristiche principali di RPC/TGC/CSC ATLAS Anodo-Anodo 1. 8 mm Anodo-Catodo 1. 4 mm Catodo-Catodo 2. 8 mm Gas : 55 % CO 2 , 45 % N-Pentano; HV= 3. 1 KV regime di valanga saturata Tempi di drift brevi risoluzione temp. sufficiente per bunch-crossing ID. Fili misurano R e sono usati per il trigger Strip misurano ; pitch 20 -30 mm HV strips Bakelite Foam Gas Grounded planes TGC CSC 2 mm RPC strips PET spacers Graphite electrodes Pitch anodo-anodo: 2. 54 mm Strip read-out pitch: 5. 08 mm Gas: C 2 H 2 F 4/C 4 H 10/SF 6 96. 7/3/0. 3 Risoluzione 50 m da interpolazione 10 bakelite ~ 2 x 10 ~30 mm della carica letta sulle strip del catodo 11 Giugno 2003 cm; strip in Cu, pitch. Pisa LHC Workshop 9 Risoluzione temp. 7 ns(max. Tdrift=30 ns) Risoluzione temporale ~1. 5 ns Campo elettrico nella gap ~ 5 KV/mm;

Procedure di calibrazione globale Risoluzione in momento e calibrazione assoluta dipendono da - allineamento degli MDT - conoscenza del campo magnetico - conoscenza della perdita di energia nei calorimetri Allineamento: run speciali con il campo toroidale spento e campo solenoidale acceso campione di tracce rettilinee di momento misurato in ID consente di allineare rapidamente lo spettrometro entro 30 m Campo magnetico: inizialmente misurato con 5000 sonde Hall precisione relativa 0. 1% Z + -: 30 k eventi al giorno a bassa luminosità calibrazione della scala di momento dal fit del picco della Z Limite del metodo: perdita di energia nel calorimetro richiede una correzione grande (DE 3 Ge. V) e dipendente dal momento Occorre fittare il campo magnetico e insieme d. E/dx la richiesta più stringente proviene da DMW ~20 Me. V con 10 fb-1 Incertezza finale su B ~0. 02 % 11 Giugno 2003 Pisa LHC Workshop 10 richiede pari precisione su B del solenoide e <Eloss> nota ~ 10 Me. V

10 -13 lunghezze di assorbimento nel barrel 14 -20 negli endcap p. T ≥ 3 Ge. V per i nello spettrometro Fondo di caverna neutroni termici; fotoni da 10 -1000 ke. V p, p, , e da ~100 Me. V pseudorapidità Effetti di carica spaziale e invecchiamento Fattori di sicurezza 5 -10 tipicamente applicati Incertezze sul rate: proprietà degli eventi di minimum bias 11 Giugno 2003 descrizione dettagliata dei materiali Pisa LHC Workshop sensibilità dei rivelatori (~10 -2 per g, ~10 -3 per n) Counting rate (k. Hz/cm 2) Lunghezze di assorbimento Materiali e Fondo fondo da neutri e carichi Inner Station L =1034 cm-2 s-1 Middle Station Outer Station 10 -1 Tile Calo crack 10 -2 10 -3 11

Logica di trigger Basso impulso p. T>6 Ge. V: accettanza Barrel Coincidenza di 3 /4 in RPC 2 3 /4 in RPC 1 Endcap Coincidenza di 3 /4 in TGC 3 3 /4 in TGC 2 media 94% piani pivot Alto impulso p. T>20 Ge. V: accettanza media 93% Trigger di basso impulso + 1 hit in RPC 3 (barrel) + coincidenza di 2 /3 in TGC 1 (EC) RPC risoluzione temporale ~1. 5 ns Granularità di readout ~30 mm TGC Efficienza 99% per gate temporale di 25 ns Granularità di readout 20 mm (fili) 30 mm (strip) Robustezza del trigger garantita dalla possibiltà di riprogrammare la logica delle coincidenze a seconda 11 Giugno 2003 Pisa LHC Workshop delle condizioni di fondo

Trigger di muoni LVL 1 goal: Rate da 40 MHz(*20 interazioni primarie) a 75 k. Hz; latenza 2 s output: Definizione della Ro. I (input per il LVL 2) e molteplicità di m per 6 soglie in p. T per bunch crossing risoluzione in p. T~20 -30% implementazione: Ro. I Region of Interest - Matrici di Coincidenza ricercano pattern di hits in tempo nei vari layers corrispondenti a tracce provenienti dal punto di interazione (la finestra D x. D di coincidenza fissa la soglia in p. T ) - PAD combinano le due viste e definiscono le Ro. I (minima Ro. I nel barrel D x. D 0. 1 x 0. 1) - Settore (nel barrel 32*2 settori D x. D 1 x 0. 2) 11 Giugno 2003 Pisa LHC Workshop definizione dell’output 13

Trigger di muoni LVL 1 goal: Rate da 40 MHz(*20 interazioni primarie) a 75 k. Hz; latenza 2 s output: Definizione della Ro. I (input per il LVL 2) e molteplicità di m per 6 soglie in p. T per bunch crossing risoluzione in p. T~20 -30% implementazione: Ro. I Region of Interest - Matrici di Coincidenza ricercano pattern di hits in tempo nei vari layers corrispondenti a tracce provenienti dal punto di interazione (la finestra D x. D di coincidenza fissa la soglia in p. T ) - PAD combinano le due viste e definiscono le Ro. I (minima Ro. I nel barrel D x. D 0. 1 x 0. 1) - Settore (nel barrel 32*2 settori D x. D 1 x 0. 2) definizione dell’output LVL 2 goal: Rate a ~1 k. Hz; latenza <10 ms raffinare il taglio in p. T match dei segmenti rettilinei nelle tre stazioni in una Ro. I; calcolo della sagitta; conversione sagitta in p. T (lookup table per settore - ); output: risoluzione 100 LHC Ge. VWorkshop 11 Giugno 2003 in p. T ~ 5% per p. T <Pisa rate di spurie ridotto a livello trascurabile 14

6 Ge. V 8 Ge. V Ogni canale del piano pivot (RPC 2) è messo in corrispondenza con un determinato numero (dipendente dalla larghezza della finestra di coincidenza) di canali del piano di conferma (RPC 1 e 11 Giugno 2003 RPC 3) Canali del piano di conferma(RPC 1) 10 Ge. V Canali del piano pivot(RPC 2) Canali del piano di conferma(RPC 1) 3 soglie programmate per il LOW-Pt Canali del piano di conferma(RPC 1) Le matrici di coincidenza vengono alloggiate sopra le camere RPC del piano Pivot low p. T Canali del piano di conferma(RPC 1) La matrice di coincidenza Pisa LHC Workshop Canali del piano pivot(RPC 2) 15 Canali del piano pivot(RPC 2)

L 1 L 2 low pt high pt K/p decays 7. 9/12 3. 1/1. 8 1. 1/2. 1 0. 06/0. 06 b decays 1. 7/1. 8 1. 0/0. 9 0. 8/0. 8 0. 09/0. 13 c decays 1. 0/1. 1 0. 5/0. 5 0. 4/0. 4 0. 04/0. 05 W decays ~0 ~0 0. 06/ 0. 05/ 10. 6/15 4. 6/3. 2 2. 4/3. 3 0. 24/0. 24 Rate k. Hz Total 1 nb-1 s-1 10 nb-1 s-1 low p. T ¾ majority 1 Gli algoritmi di Livello 2 forniscono una reiezione del fondo non correlato pari a 102 Livello 1 barrel prompt muons nominal backg x 5 103 barrel/endcaps Trigger rate/Hz 102 103 104 Rate di muoni Trigger rate/Hz 104 105 Trigger performances Rate di casuali da fondo non correlato e- Compton E<2 Me. V 10 luminosity nb-1 s-1 high p. T ¾ and ½ majorities prompt muons nominal backg x 10 stime da aggiornare sul layout finale dello spettrometro 1 10 H 4 MHiggs 120 -180 Ge. V accettanza del trigger di 2 Pisa >99% 11 Giugno 2003 LHC Workshop 1 16 10 luminosity nb-1 s-1

Robustezza e flessibilità del trigger , p ~100 Me. V Altri contributi al rate del Livello 1 prodotti da decadimenti di K neutri negli sciami rate « rate di e- Compton di bassa energia rate di da decadimento in volo di K/p nei jet incertezze sulla s di interazione dei K incertezze sui rate p di impulso ~400 Me. V da interazioni di n rate atteso 1. 5 -3 x rate di da decadimento in volo di K/p nei jet pattern di hit correlati possono simulare il segnale di muoni prompt Schemi di trigger previsti per ridurre il rate da fondo correlato (implementabili con la logica riprogrammabile a disposizione) barrel • • schema low p. T + hit di conferma in RPC 3 schema low p. T + deposito di energia compatibile con nel layer più esterno del Tile Calorimeter endcap • • schema low p. T + hit di conferma in TGC 1 schema low p. T + hit compatibili nella stazione 11 Giugno 2003 TGC più interna Pisa LHC Workshop perdita di efficienza per p. T>6 Ge. V trascurabile rate da fondo correlato 17 trascurabile

Robustezza e flessibilità del trigger Schema di trigger per far fronte a inefficienze degli RPC (implementabili con la logica riprogrammabile a disposizione) high p. T 2/4 and ½ majorities Trigger efficiency Efficienza di trigger vs efficienza dei rivelatori di trigger experimental expected from RPC eff binomial dati da test su fascio Configurazione di trigger L (loose, loose-robust) low p. T 2/4 majority in RPC 1 e RPC 2 high p. T low p. T e 1/2 majority in RPC 3 high p. T eff. RPC gap efficiency low p. T 2/4 and coincidence in RPC 3 Trigger rate/Hz 104 105 + hit in coincidenza in RPC 3 per ridurre il rate di spurie low p. T eff. baseline loose robust baseline loose 95 % 0. 99 1 0. 95 0. 98 1 0. 85 0. 79 Pisa 0. 88 LHC Workshop 103 RPC eff. 0. 822003 0. 92 80 % 11 Giugno Barrel prompt muons nominal backg x 5 1 luminosity nb-1 s-1 10 18

Software di selezione di HLT Data. Flow Software Event Filter Processing Application Package HLTSSW HLT Selection Software Dependency HLT Core Software Level 2 Steering HLT Algorithms Processing Application HLT Algorithms Data Manager ROBData Collector Interface Event Data. Model Event. Filter: Event. Filter 1 k. Hz 100 Hz, latenza 1 sec § l’intero evento è fornito dall’ Event. Builder alla farm dell’ Event. Filter (PCs, Linux) § Processing Applications indipendenti eseguono gli algoritmi di selezione sui nodi della farm § Il 11 software di selezione consiste di. Pisa algoritmi offline che hanno accesso a Giugno 2003 LHC Workshop 19 costanti di calibrazione e di allineamento

Muoni nel Tile. Cal 11 Giugno 2003 Pisa LHC Workshop 20

Strategia di tracciamento algoritmi offline Identificazione di una regione di attività procedura guidata dagli hit ηxφ nelle camere di trigger Software di ricostruzione Muonbox – raffinato, affidabile, ottimizzato Moore/Mu. ID – in evoluzione, OO, veloce strategia simile risultati confrontabili Ricostruzione locale di segmenti rettilinei nel piano di curvatura con hits MDT Combinazione di segmenti compatibili definizione delle tracce candidate Fit nel campo magnetico, tenendo conto di scattering multiplo e perdita di energia nei materiali del MS Propagazione al punto di interazione conoscenza dettagliata della natura e della quantità di materiale attraversato; d. E/dx e angoli di scattering inclusi nel fit Combinazione tracce in MS e Inner Detector fit o associazione su base statistica 11 globale Giugno 2003 Pisa LHC Workshop 21

Performances su singoli Efficienza vs p. T no background Risoluzione in p. T vs p. T Muon Spectrometer MS propagated to IP Inner Detector Combined fit Moore/Mu. ID Inner Detector Muon Spectr. MS prop. to IP Combined fit Moore/Mu. ID PT /Ge. V LHC Workshop Limite intrinseco dello. Pisa spettrometro 11 Giugno 2003 PT /Ge. V 22

di basso impulso no background di p. T=5 Ge. V perdono nei calorimetri da 2 a 4 Ge. V a seconda di Efficienza vs p. T La combinazione dei segmenti ricostruiti nella stazione interna con la traccia nell’Inner Detector permette di avere efficienze di identificazione del 90% a p. T di 3 -10 Ge. V efficienza di ricostruzione vs 5 Ge. V 4 Ge. V segmenti nella stazione interna tracce Muonbox 6 Ge. V PT /Ge. V 11 Giugno 2003 Pisa LHC Workshop 8 Ge. V 23

Performances in presenza di fondo Effetto del fondo di caverna (fattore di sicurezza 5) sulla ricostruzione di muoni singoli – aumento della molteplicità di tracce spurie – efficienza e risoluzione non sono deteriorate J/ from Bs 0 J/ Z + - Muonbox 11 Giugno 2003 Performances su campioni di controllo m (Ge. V) Pisa LHC Workshop 24 m (Ge. V)

Moore/Mu. ID come algoritmo di HLT logica dell’algoritmo di ricostruzione della singola traccia invariata rispetto all’ambiente offline • chiamato dallo Step Controller del software di steering del Filtro invece che dell’ event manager offline • non effettua, in generale, la ricerca di muoni nell’evento ma processa un seed – conferma o rigetta un Trigger Element (TE) generato dal trigger di secondo livello – accede a una frazione dell’evento scelta dal meccanismo del Region Selector sulla base del seed • usa le sequenze di trigger – produce nuovi TE dai TE di input • usa le configuration signatures – collezioni di TEs richiesti dal menu del trigger da confermare • può essere eseguito N volte per evento 11 Giugno 2003 Pisa LHC Workshop 25

Moore/Mu. Id – Test preliminari sui tempi di esecuzione PT tempo di esecuzione 20 Ge. V TDR 20 Ge. V DC 1 300 Ge. V TDR 200 Ge. V DC 1 H 4 DC 1 142 msec 155 msec 279 msec 572 msec 368 msec Ricostruzione nello spettrometro - Moore Propagazione al beam spot Mu. ID dei muoni ricostruiti nello spettrometro (Moore) PT /Ge. V Time /ms 20 5. 1 100 6. 3 300 4. 9 H 4 m. H= 130 Ge. V 25. 2 HLT Technical Design Pisa Report in preparazione 11 Giugno 2003 LHC Workshop 26

Nuovi stati finali a 2 In MSSM 5 Higgs: h, H, A, H numerosi modi di decadimento con branching ratios dipendenti dai parametri del modello Constraint teorico: M(h) < 135 Ge. V A/H , tg = 38 m~11 Ge. V H/A importante in una regione dello spazio dei parametri non ancora esclusa 11 Giugno 2003 ruolo cruciale dello Spettrometro scoperta accessibile in un anno di run a bassa luminosità risoluzione in massa invariante Pisa LHC Workshop ~11 Ge. V per m = 300 Ge. V 27

H ZZ* 4 Moore/Mu. ID per MHiggs tra 130 -200 Ge. V efficienza ~85% normalizzata al # eventi con 4 a <2. 5 (M 4 ) = 1. 5 / 2. 9 Ge. V per MHiggs 130/170/200 Ge. V Z constraint Moore = (2. 33± 0. 07) Ge. V 11 Giugno 2003 no Z constraint = (1. 85± 0. 06) Ge. V H 4 (m. H=130 Ge. V) Ricostruzione dei muoni nello spettrometro e propagazione al vertice Fit combinato spettrometro e inner detector Pisa LHC Workshop Z constraint = (1. 49± 0. 05) Ge. V 28

Lo spettrometro nella fase iniziale di run Staged detectors di interesse per la identificazione di muoni ------ staged EEL/EES MDT and half CSC Part of forward shielding 1 pixel layer TRT outer end-cap Large part of HLT/DAQ ridotta accettanza (MDT) a 1< < 1. 4 ridondanza di misura compromessa nell’inner detector 11 Giugno 2003 staged ~5% perdita in significatività Pisa LHC Workshop 29 per A/H 2