Stato e prospettive dellesperimento CMS al Large Hadron

Stato e prospettive dell'esperimento CMS al Large Hadron Collider CERN ATLAS CMS Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

The CMS detector SUPERCONDUCTING COIL 4 T field CALORIMETERS ECAL Scintillating Pb. WO 4 Crystals HCAL Plastic scintillator copper sandwich IRON YOKE TRACKER MUON ENDCAPS MUON BARREL Silicon Microstrips, 10 barrel layers, 3+9 fw disks, 9. 3 M strips Pixels 3 barrel layers, 2 fw disks, 66 M channels Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Resistive Plate Chambers (RPC) Drift Tube Chambers (DT)Marco Meschini Cathode Strip Chambers (CSC) Resistive Plate Chambers (RPC) 2

Springer. Link, 17 Febbraio 2010 CMS: il primo articolo di fisica con i dati delle collisioni pp a 900 Ge. V e 2. 36 Te. V JHEP 02(2010)041 Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

La situazione ad oggi Il gruppo cms Firenze nel 2010: 11 Ricercatori “permanenti” 2 Assegnisti (cofinanziati INFN) 3 Dottorandi 2 Laureandi Le attivita’: Analisi dati e comprensione del rivelatore Fisica EWK, processi Z + jets, J/y Generatori MC Fisica del Top Geometria e impatto dei materiali del Tracker (Simulazione e Ricostruzione) Turni di presa dati e gestione del rivelatore, servizi comuni Simulazione nuovi Tracciatori per Alta Luminosita’ (SLHC) Studio di sistemi di trigger Link Ottici Ultraveloci CMS ha prodotto 17 Tesi di laurea (+ 2 Tesi triennali) 10 Tesi di dottorato Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Un po’ di storia Le attivita’ durante il periodo di costruzione del tracciatore al silicio (Tracker Inner Barrel TIB): Il controllo di qualita’ del processo di produzione dei sensori Disegno dei pitch adapter La microsaldatura dei Moduli di rivelatore a microstrip di silicio Il Test dei Moduli L’Integrazione sulle strutture portanti (gusci carbonio) Il DAQ per l’integrazione Il Sistema Alimentatori e Cavi Il Modulo di Controllo Ottico Digitale Il “Grounding and Shielding” Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Il Modulo a microstrip -Ibrido front end: APV lettura analogica 40 MHz, link ottico analogico fino alla sala conteggio -Lettura con filtro a deconvoluzione per alta intensita’ -IC controllo e clock dimensioni sensore faccia singola, 2 versioni: 12 cm x 6 cm - pitch 120 m 512 strip - pitch 80 m 768 strip substrato di tipo N a bassa resistivita’ per alta resistenza alle radiazioni -Ibrido e modulo fatti per resistere a 10 anni di radiazioni di LHC Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Modulo Doppia Faccia Tutti i sensori sono a faccia singola i rivelatori a doppia faccia sono realizzati incollando due moduli uno dietro l’altro con un angolo di 100 mrad R-Phi Stereo Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Il Test dei Moduli Tutti i moduli prodotti sono stati messi sotto test 2 tipi di test • Fast • Long Term Fast: in 30’ IV, noise, piedistalli, caratterizzazione completa Long Term: equipaggiamento a temperatura controllata, 24 -72 h di cicli termici a +20°C e -20°C, sempre sotto tensione, readout ogni ora Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Risultato dei test sull’intera produzione: 3% moduli scartati. Sul totale dei moduli accettati <0, 1% di canali difettosi in media (dead o noisy) Marco Meschini

Montare i moduli sulle strutture: Banco di Lavoro con supporto rotante Mother cable Optoibridi analogici e fibre ottiche Moduli Cavi alimentazioni Cavi digitali Optoibridi digitali Una lunga serie di operazioni complesse da effettuare per arrivare ad avere il guscio completo Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Non sempre agevole. . . Componenti delicati, esigenze di “pulizia”, densita’, spazi ridotti, tolleranze Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

In Camera Pulita: si lavora in parallelo su 3 gusci! Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Un Layer Completo di Moduli… Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Alimentare il Tracker (LV+HV) con sicurezza: sviluppo di un sistema complesso 15 k. A a 2. 5 V e 1. 25 V Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 50 k. W potenza standard, margine di sicurezza fino a 120 k. W! Marco Meschini

I cavi di alimentazione PS e Cavi LIC: TUTTI hanno passato serie di test in fabbrica e successivamente anche al CERN 100 km di cavi 2000 alimentatori LV+HV (600 V) 350 aliment. per i controlli dig. Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Come Eravamo: il gruppo TK Firenze Festa per la fine della costruzione dei moduli di rivelatore Febbraio 2006 In questa foto, oltre ai soliti noti, ci sono 9 (giovani) fisici che hanno costruito CMS: sono quasi tutti emigrati all’estero. . . Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Integrazione al CERN Ovvero: Il Gorillaio. . . di fibre! Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Inserimento nell’Outer Tracker al CERN Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Dicembre 2006: l’Inner Barrel+ e’ dentro il Tracker Support Tube E finalmente. . . Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Questo e’ CMS 15 m Per quale fisica? Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Sezioni d’urto e eventi al secondo prodotti At High Luminosity (1034 cm-2 s-1) SM Higgs (115 Ge. V/c 2): t t production: W l n: 7 Te. V 0. 1 Hz 102 Hz 10 Z l l : Hz bb production: 106 Hz Inelastic: 109 Hz Beam crossing every 25 ns 25 pileup event / beam crossing (at High Luminosity) Experiments: need stringent and efficient online selection criteria (trigger) from P. Spagnolo INFN PI Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

La sfida degli esperimenti ad LHC La ricerca del bosone di Higgs in tutto l’intervallo di massa previsto riusciremo a fare luce sul meccanismo di rottura spontanea della simmetria? Esplorazione della fisica oltre il Modello Standard Misure di precisione dei parametri del Modello Standard LHC sara’ una fabbrica di W, Z, quark b, quark t. . . eventualmente particelle SUSY (se entro una scala di masse raggiungibile con l’energia di LHC) Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Cosmici in CMS Cosa abbiamo fatto dopo aver installato tutto in nella caverna sperimentale e prima che arrivassero i fasci pp? • Commissioning • Calibrazioni • Timing • Allineamenti • Esperienza di gestione e run • Aggiustamento iniziale MC Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

I fasci in LHC: le Pietre Miliari di fine 2009 Date Day Nov 20 1 Each beam circulating. Key beam instrumentation working. Nov 23 4 First collisions at 450 Ge. V. First ramp (reached 560 Ge. V). Nov 26 7 Magnetic cycling established (reproducibility). Nov 27 8 Nov 29 10 Nov 30 11 Dec 04 15 Dec 05 16 Dec 06 17 Dec 08 19 Dec 11 22 Collisions with STABLE BEAMS, 4 on 4 at 450 Ge. V, > 1010 per bunch, rates around 10 Hz. Dec 13 24 Ramp 2 bunches per beam to 1. 18 Te. V. Collisions for 90 mins. Dec 14 25 Achieved ai ina : ni cch r a Energy matching. o gi m 4 na 2 Ramp to 1. 18 Te. V. u i at er s s ’ p ata Experiment solenoids on. a p lta lic o n rfinished. ea mp LHCb and ALICE dipoles on. o Aperture measurement campaign s la co o t e dump, Collimators) ready for safe operation t del Beam u Machine protection (Injection, a t ni v with pilots. In nfi uo o i’ n. BEAMS, 4 on 4 pilots at 450 Ge. V, rates around 1 Hz. First collisions with c. STABLE s co Ramp colliding bunches to 1. 18 Te. V Collisions with STABLE BEAMS, 16 on 16 at 450 Ge. V, > 1010 per bunch, rates around 50 Hz. Congressino 22 Feb Marco Meschini 23 Dec 16 Dipartimento 27 Ramp 4 2010 on 4 to 1. 18 Te. V. Squeeze to 7 m.

Un momento storico Un immagine del monitor dei fasci LHC catturata “al volo” sul mio portatile e immortalata Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Le collisioni protone-protone! Un Multi-jet a 2. 36 Te. V PFJet 1 of 29. 9 Ge. V PFJet 3 of 13. 3 Ge. V PFJet 2 of 24. 2 Ge. V Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Multi-jet event a 2. 36 Te. V Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini 26

Muoni: un Dimuon Event a 2. 36 Te. V p. T( ) =2010 3. 6 Congressino Dipartimento 221 Feb Ge. V, p. T( 2) Marco = 2. 6 Meschini Ge. V, m( )= 3. 03 Ge. V Dec 09 LHC 2 - CMS

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Detector Performance : Tracking Dati raccolti: Primary Vertex Strip Tracker 900 Ge. V ~10 b-1 2. 36 Te. V ~0. 4 b-1 z Numero di hit sulla traccia ricostruita Ricostruzione vertice di interazione primario xy width 220 m in x 250 m in y Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 * From Jim Virdee’s Council talk Friday December 18, 2009 d. E/dx nel Tracciatore Marco Meschini (Ge. V/c)

Electron candidates in Particle Flow For each tracker layer: use tangent extrapolation to find associated electron and Brem. clusters Etot = 2. 32 Ge. V Pin = 2. 56 Ge. V/c Etot/Pin = 0. 91 Initial electron parameters (in) Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Eseed = 1. 26 Ge. V Pout = 1. 18 Ge. V/c Eseed/Pout = 1. 07 Final electron parameters (out) Marco Meschini Ebrem = 1. 06 Ge. V Pin - Pout = 1. 38 Ge. V/c Brem. evaluation: calorimeter vs tracking

Ks From a sample of ~240 k events in runs 123596, 123615, 123732, 124009, 124020, 124022, 124023, 124024, 124027 and 124030 (P. D. G. value 497. 648 ± 0. 022 Me. V) Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

L Single Gaussian Fits (P. D. G. value 1115. 683 ± 0. 006 Me. V) Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 From a sample of ~240 k events in runs 123596, 123615, 123732, 124009, 124020, 124022, 124023, 124024, 124027 and 124030 Marco Meschini

Plot dal primo articolo: impulso trasverso e numero di adroni carichi Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Futuro prossimo Il Meeting di Chamonix gen 2010: ha rivisto lo stato di LHC dal punto di vista della sicurezza ed affidabilta’ della macchina La luminosita’ deve salire lentamente per rimanere in sicurezza E=3. 5 Te. V nel 2010+2011 Piani per il 2010: run 10 mesi Ipotesi luminosita’ (minimalista): 4 pb-1 a giugno e 100 pb-1 a fine anno. 200 pb-1 con molto ottimismo (con L_inst 1 E 32) commissioning del rivelatore: allineamenti, calibrazioni commissioning della fisica: trigger, jet, leptoni ecc. riscoperta dello Standard Model inizio delle ricerche di nuova fisica 10 -100 pb-1 2011: run 10 -11 mesi, si punta ad integrare 1 fb-1 2012: shutdown lungo almeno 1 anno Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Cosa succede ad alta luminosita’ nella zona centrale di CMS 1032 cm-2 s-1 1034 Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini 1033 1035

Futuro remoto A L=1035 cm-2 s-1 il rate di trigger singolo e, puo’ facilmente superare i 100 k. Hz Aumentare le soglie in pt usare l’isolamento nei calorimetri aiuta poco Serve prendere informazione dal Tracker per migliorare il trigger ed il potere di discriminazione Potrebbe essere necessario cambiare il tracker a strip anche prima di quelle luminosita’? . . . A Firenze simulazioni di possibili configurazioni di tracciatore Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 L = 1034 cm-2 s-1 muon L 1 trigger rate Marco Meschini

Il Futuro: metodi di Trigger di Traccia Layer specificamente dedicati al trigger Trasferire solo gli hit generati da particelle con alto pt Se si potesse tagliare pt> O(1) Ge. V/c si otterrebbe un fattore di reiezione di ~ 20 Due famiglie di metodi proposte, con diverse varianti e specificita’: High multiplicity 1. Cluster width cluster Pass Seleziona hit con bassa molteplicita’ di strip Fail 2. Stacked layers Correla la posizione degli hit~1 mm su layers accoppiati e vicini (~mm) ~100μm Upper Sensor Lower Sensor G. Parrini Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini 18/07/2009 C. Civinini - INFN Firenze EPS-HEP 2009 Kraków 38

Sviluppi possibili In ogni caso sara’ necessario portare fuori dal Tracker una notevole mole di dati in tempo per essere processata ed inviata al trigger di primo livello Una possibile soluzione proprosta da Firenze: link ottici veloci basati su Mach Zehnder Modulators (MZM) Studio sui MZM effetti dovuti alla polarizzazione della luce possibilita’ di depolarizzare tensione di pilotaggio misure Bit Error Ratio (BER) resistenza alle radiazioni Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

CMS Firenze e il Dipartimento Nel 2010 creeremo un CMS-centre per i turni di controllo dei dati off-line, Data Quality Monitor, le videoconferenze e i collegamenti diretti con il CERN durante il run dell’esperimento finanziato dall’INFN (monitor, vidocamere, impianto audio, pc. . . ) l’HW verra’ installato in modo permanente in una stanza del dip. ci servira’ una nuova stanza per ricollocare dottorandi e assegnisti (non solo cms) • Avremo probbilmente bisogno di un nuovo assegno di ricerca per aumentare l’impatto sull’analisi Dulcis in fundo: • Speriamo che finalmente la situazione concorsi si sblocchi. . . la lista d’attesa e’ sempre piu’ lunga! Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Due noti Teorici di Firenze al lavoro sul Tracker Inner Barrel In conclusione, CMS e’ buono e fa bene. . . e soprattutto piace anche ai Teorici! Grazie per la vostra attenzione Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Riserva Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

20 inverse fb (1 year at L=2 x 10**33 cm-2 s-1) Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Le analisi H gg H ZZ 4 e H ZZ 4 H 2 2 n new gauge boson Z’ (mass in the Tev range) Bs J/y f + -k+k- (for DG width) t excess (new physics, heavy Higgs boson in MSSM) H bb (b tagging and top reco from multijet, challenging) Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini

Risonanze Leptoniche CMS 100 pb-1 Drell Yan Z --> not aligned detector Congressino Dipartimento 22 Feb 2010 Marco Meschini