1. Introduction: 1. Introduction: Motivations & upgrade pour le Run II

2. Detecteurs a pied de gerbe (preshower)2. Detecteurs a pied de gerbe (preshower) Chaine de lecture et declenchement Tests faisceaux

3.3. Le systeme de declenchement EM Le systeme de declenchement EM Architecture et Contraintes Declenchement e/ de haut/bas pT , J/ e-e+

4. Application au Run II4. Application au Run II Detection des B J/ (ee) KS

Faisabilite du h WW* e jet jet

Contribution a l’upgrade de DContribution a l’upgrade de D declenchement EM et applicationsdeclenchement EM et applications

Arnaud LucotteArnaud LucotteCERN, division PPECERN, division PPE

L’upgrade du TeVatronL’upgrade du TeVatron

Fermilab

Main Injector TeVatronTeVatron

BoosterD

Installation du Main Injector (M.I):Installation du Main Injector (M.I):•Synchrotron / accelerateur 120-150 GeV

Installation du recycleur (M.I):Installation du recycleur (M.I):• Refroidissement / stockage / recyclage des anti-protons

re-injection d’anti-protons disponibles pour collisions (x 2)

Physique de haut pPhysique de haut pT T au Run IIau Run II

Quark Top: Quark Top: (pptt+X) 8.0 pb (Mt=170 GeV) +40% / Run

I

Mt 3.0 GeV/c2 ttb/ttb~

Bosons WBosons W Z, WW Z, WW Z: Z:

MW ~40 MeV/ c2 W ~30 MeV/ c2, Sin2W~0.001

Recherche SUSY /Higgs:Recherche SUSY /Higgs: qq +102 ( 01W 01Z) lll ...

pp Wh l bb, pp Zh llbb, bb pp h(W/Z) WW(W/Z) l l (l/ll) ...

L’experience DL’experience D

CalorimetresDet. a traces

Tube a Vide

Muons Torroid

L’upgrade du detecteur L’upgrade du detecteur DD

Sole

noid

e,

Dete

cte

ur

de T

races

Silic

on

Vert

ex,

Pre

sh

ow

ers

Fib

res S

ci.

Bou

cliers

Ch

am

bre

s a

deri

ve

(Min

i-d

rift

) A

rrie

res

Scin

tillate

urs

Arr

iere

sS

cin

tillate

ur

Cen

tral

+ N

ou

velle E

lectr

on

iqu

e,

Tri

g,

DA

Q

Upgrade des MuonsUpgrade des Muons

Scintillateur B/C

Scintillateur Central (declenchement) A-

PDTs

Scintillateurs Ar.(Pixels)

Chambres a derive (MDTs) Arrieres

Boucliers

Detecteurs de Traces / PreshowersDetecteurs de Traces / Preshowers

125 cm

o Detecteur de Vertex (micro-pistes Si) 6 tonneaux de 4 couches (double/simple face) 12+4 disques (double-face) ||3 792000 canaux vertex secondaire: vertex 40 m (r-) , 100 m (r-z)

o Detecteur de traces a Fibres scintillantes 8 super-couches de doublets de fibres scint. (x,u,v) 74000 fibres

o Preshowers:

Central ||<1.6 strips / fibres sc. 3840 canaux

Arriere 1.5<||<2.5 strips / fibres sc. 16000 cannaux

o Solenoide: 2 T

Detecteur de VertexDetecteur de Vertex

12 Disques F

4 disques H

6 Barrels

Detecteur Micro-strip (Si): ~792000 cannaux ~792000 cannaux

387k canaux sur 4-couches double-face barrel (stereo)

405k canaux sur disques(double face stereo)et disques a grand-z

Detecteur de Vertex Detecteur de Vertex

Structure: detecteur a micro-pistes SiStructure: detecteur a micro-pistes Sii - Barrels: 6 modules, 4 couches:

- Double Face: couches 1,3 (90o stereo)

couches 2,4 (2o stereo)

- Simple Face: couches 1,3 (modules exterieurs)

ii - Disques Centraux: 12 (2.5 < r < 10 cm)

- 12 wedges double-faces / disque

- pitch 50 & 62.5 m, ±15.0o stereo

iii- Disques Arrieres : 4 (9.5<r< 20 cm, z=94,126cm)

- 384 single-sided detectors for 4 disks,

- picth 40 m, ±7.5o stereo

Module FPS+connecteur WLSModule FPS+connecteur WLS

Extrusion des scintillateursExtrusion des scintillateurs

Traking et PreshowerTraking et Preshower

Performance Goals for (Vertex + Tracker+PS):Performance Goals for (Vertex + Tracker+PS):

i - Momentum resolution:

dPT/PT2 = 0.002 (Silicon+Fiber tracker)

ii- High tracking efficiency 95%

-Track reconstruction high (disks)

iii- Vertex Reconstruction

- primary vertex: vertex = 15-30 m (r-) for tt / bb - secondary vertex: vertex = 40 m (r-) , 100 m

(r-z)

iv- Electron/ ID:

- charge signs, PreshowerTrack/CAL at Trigger Level

- off-line particle ID

0 1 2 3 4

pT/p

T (%

)

0.1

1

10

100

pT=1 GeV

pT=10 GeV

pT=100 GeV

Run Ia muons

Systeme Muon CentralSysteme Muon Central

Upgrade des “Proportional Drift Tubes” (PDT):Upgrade des “Proportional Drift Tubes” (PDT):

Garde PDT’s existantes pour |h| < 1 Utilisation de gas (Ar+CH4+CF4) + rapide

tps derive: 750ns to 450ns, ie: ~4 crossings a 132ns Remplace electronique Front End operation sans temps mort

Scintillateurs a Cosmic Scintillateurs a Cosmic

Extension couverture sous detecteur Fournit:

- declenchement L1 / ID en dehors du toroid,- etiquetage en temps pour muons dans PDT’s

Scintillateurs A-Scintillateurs A- Barrel BarrelCompteurs a scintillation - segmentation x x 4.5 Fournit: - declenchement L1 - ID avant le toroid (muons de faible pT)

- etiquetage en temps - coincidence avec traces (L1, L2)

Systeme Muon Arriere Systeme Muon Arriere

Forward Tracking (1Forward Tracking (1Remplacement des PDT’s

3 couches de MDT’s de haute granularite

Utilisation de Gas (CF4+CH4)

~reduit tps de derive a 40-60 ns

Scintillateurs Arrieres (1Scintillateurs Arrieres (13 Scintillateurs pixel layers (x x 4.5o)Fournit: etiquetage en temps , match vs traces,

ID/declench. L1

Boucliers autours du tube a videBoucliers autours du tube a vide

Rejette fonds (declenchement)

Compteurs A-Compteurs A- a scintillation a scintillation

Systeme Muon CentralSysteme Muon Central

(a) Compteur “Cosmic Cap” (a) Compteur “Cosmic Cap”

(b) Compteur “Bottom” (b) Compteur “Bottom”

(a)

(b)

Systeme Muon ArriereSysteme Muon Arriere

Compteur a Scintillation (pixel) (Couche A) Compteur a Scintillation (pixel) (Couche A)

Systeme Muon ArriereSysteme Muon Arriere

Assembled MDT Octant

Mini-Drift Tubes (MDT’s)Mini-Drift Tubes (MDT’s)

Physique de bas pPhysique de bas pT T au Run IIau Run II

Physique du B:Physique du B:

bbar 50 b (10kHz@1032cm2s-1) avec bb 1/1000

ppb

Violation CP dans le systeme Bd0 :

Oscillations du BS:

Bs0 DS (DS ) 2000 evts attendus

(~70 fs resolution en temps) Autres sujets:

Desintegration rares B

Spectroscopie BC

Baryons b

Selection du Selection du J/J/ : : Mesures de d/dpTd(ppJ/

Calibration:

Calorimetre / faible E

(J/, e-e+)

Impact sur le detecteur Impact sur le detecteur DD

Adaptation au collisioneur:Adaptation au collisioneur:

Reduction de la duree entre paquets a 396/132 ns:DAQ: traitements paralleles, pipelines

electroniques

Haute luminosite:

Gamme d’acceptance plus elevee (niveaux 1, 2)

Detecteurs resistant aux radiations (det. traces)

Accroissement des capacites du detecteur: Accroissement des capacites du detecteur:

Nouveaux detecteurs traces / champ central (2T):reconstruction vertex, etiquetage B, traces

bas pT

Nouveaux detecteurs pied de gerbe (preshower): ID electron/photon, declenchement

Amelioration detecteurs a muon:ID muon, bas pT, declenchement, temps

(cosmiques)

Refonte du systeme de declenchement:Gamme d’acceptance plus large (L1 = 10

kHz) Inclusion des nouveaux detecteurs &

combinaison

Preshower Central (|Preshower Central (||<1.2 )|<1.2 )

Structure:Structure: Pre-radiateur 2X0 (solenoid + Pb)

3 couches pistes triangulaires / fibres scint.:1 axiale (x) + 2 stereo 20o (u,v) = 1280 x

3 canaux

Objectifs:Objectifs: Resolution de l’energie du calorimetre Declenchement & ID particules:

Position : resolution e/ de ~1mm / 500m

ID : etiquetage electron avec PS+trace

L1 & L2 : reduction fonds par facteur 3-5

Front End:PS+traces

4.5o

Preshower Avant (1.5<|Preshower Avant (1.5<||< 2.5 )|< 2.5 )

Structure:Structure: Couverture : 1.5<|< 2.5 4 couches de strips triangulaires / fibres scint.:

4 x stereo 22.5o (u,v) = 14878 canaux 2 couches(u,v) Radiateur 2X0 (Pb) 2 couches(u,v)

X 16

X 16

Objectifs:Objectifs: Particule ID e (niveau 3 et “off-line”) fonds dus a:

avec conversion, hadrons+- et

Preshower Avant (1.5<|Preshower Avant (1.5<||< 2.5 ) |< 2.5 )

Declenchement

L1 & L2 : reduction fonds par facteur 2-10

Position & Energie Resolution e/ de ~1mm / 500mMesure d’energie a 15% suffisante

electron photon

Lecture des PreshowersLecture des Preshowers

Fibres scintillantesFibres scintillantes

Fibres (emission vert) Resistant Radiation 10 ans @ 2 1032

10m guide-fibres WLS

photodetecteur

Amplification du signal:Amplification du signal:

PhotoconverteurPhotoconverteur (VLPC) fonctionne a T = 613KConversion e

( ~ 15 p.e / couche / mip )

Amplification: 30-40 K

DAQ & Declenchement DAQ & Declenchement

Chips digitaux (0/1) declenchement rapide niveau-1

Chips analogues (SVXII) analogue (energie) niveau-2/3 & “offline”

Scintillating FiberOptical Connector

Waveguide Fiber

Mirror

Photodetector CassetteElectrical Signal Out

Cryostat

VLPC

DAQ / Declenchement des PSDAQ / Declenchement des PS

Lecture du signal fibre:Lecture du signal fibre: Besoin de deux seuils haut & bas

calibration, trace: detection MIP (1 MIP 0.9 MeV)

reconstruction de gerbes (e) de 5 a 60 MIPs Declenchements et lecture:

L1: chips SIFT [0/1] carte trigger (FPGA)

L2: chips SVX-II [analogue] pre-processeurs

SIFT

SIFT

SVX

SVX

SIGNAL MIP

SIGNAL GERBE

Logique Trigger (FPGA’ s)

SIGNAL TRIGGER

VLPC

Scintillateur

Fibres WLS

Q

0.27 Q

0.09 Q

[5-160]fC [0-150]fC

Faisceau test du PreshowerFaisceau test du Preshower

Objectifs:Objectifs: Test de l’electronique d’acquisition (SVX-II) Caracterisation des particules e Calibration du detecteur (pe’s / MIP)

Banc d’essai:Banc d’essai: faisceaux pions, electrons (50, 70 GeV) 4 modules testes, chips SVX-II, VLPC

+Cryogenie

Faisceau test: ResultatsFaisceau test: Resultats

Electrons: forme de gerbe EM versus MC:Electrons: forme de gerbe EM versus MC:

Calib: 1 mip = 14Calib: 1 mip = 143 p.e. E3 p.e. EFPS FPS vs Evs EVraieVraie

Declenchement EM a Declenchement EM a DD

Architecture et contraintesArchitecture et contraintes (Re)-definition du niveau 1 (CAL / PS) Niveau 1 Niveau 2

Declenchement EM Declenchement EM Objets de bas pT

Algorithmes de detection de J/ e+e-

Efficacite et taux declenchements

Prospectives Run II:Prospectives Run II: Selection de B0

d J/(e+e-)Ks

Etude de faisabilite: h WW* e jet jet

L2FW:Combine objets (e, , j)

L2FW:Combine objets (e, , j)L1FW: tours CAL, traces, MuonL1FW: tours CAL, traces, Muon

L1CAL

L2STT

Global L2

L2CFT

L2PS

L2Cal

L1FT

L2Muon

L1Muon

Detecteur Declen. L1 Declench. L2

7 MHz 8 kHz 1 kHz

CAL

FPSCPS

CFT

SMT

Muon

Architecture & Contraintes Architecture & Contraintes

(100 s)(4.2s)

INITIALEMENT...

L2FW:Combine objets (e, , j)

L2FW:Combine objets (e, , j)

L1CAL

L2STT

Global L2

L2CFT

L2PS

L2Cal

L1PS /L1FT

L2Muon

L1Muon

Detecteur Declen. L1 Declench. L2

7 MHz 8 kHz 1 kHz

CAL

FPSCPS

CFT

SMT

Muon

Architecture & Contraintes Architecture & Contraintes

(100 s)(4.2s)

L1FW: tours CAL, traces, Muon• 128 combinaisons (ORs) possibles• Calorimetre vs Preshower + traces • Calorimetre vs Traces

L1FW: tours CAL, traces, Muon• 128 combinaisons (ORs) possibles• Calorimetre vs Preshower + traces • Calorimetre vs Traces

Declenchement EM central L1 Declenchement EM central L1

Detecteurs specifiques:Detecteurs specifiques:

Calorimetre EM

#tours EM (= 0.20.2) ET > [2.5, 5, 7,

10] GeV

PreShower Central

#gerbes = strips adjacents Estrip > 2-5

MIPs

Tracker Central a Fibres

#trajectoires signees / bin pT [1.5-3], [3-5],[5-10],

[10-] GeV/c (couche 8 comme reference)

Declenchement global:Declenchement global:Coincidence par Quadrant:

1 tour EM + ( 1 gerbe CPS + 1 Trajectoire pT )

L1PS

L1CFT

L1FW

L1CAL

Declenchement EM central L2 Declenchement EM central L2

Calorimetre EMCalorimetre EM

tours calorimetrique “seed” = L1

energie EM totale du depot:ET

EM = ETSEED + ET

2nd_max

fraction EM du depot:EMF = ET

EM/(ETEM+ET

HAD)

isolation du depot:TISO = ET

EM/(ETEM +ET

HAD) (33 incluant “seed”)

Preshower L2PS:Preshower L2PS: gerbe 3D (u,v,x) (, ,z) etiquetee e

Det. de TracesDet. de Traces convertit L1 pT trace pT

(Look Up Table) extrapole trace a EM(3)

Det. de Vertex Det. de Vertex combine traces CFT re-ajustement :

pT, , par. impact

L2CAL

L2PS

L2CFT

L2CTT

Declenchement EM Avant/Arriere Declenchement EM Avant/Arriere

Calorimetre EM Calorimetre EM

tours EM ( = 0.20.2) ET >[2.5, 5, 7,

10] GeV

PreShower Avant PreShower Avant

gerbes = strips adjacents -Estrip 5-10

MIPs

electron = gerbe PS (u ou v) + MIP (u ou v)

Declenchement globalDeclenchement globalCoincidence par Quadrant

1 tour EM + 1 electron (u et v) FPS

Electron dans FPS

Pb

L1CAL

L1PS

L1FW

Declenchement EM Avant/Arriere Declenchement EM Avant/Arriere

Occupation dans le Preshower:Occupation dans le Preshower: Interactions / crois. <#> = 2.1 (Poisson) @ 2. 1032 cm2s-1

detection mip: T>0.3 MIPocc = 7-10%

detection gerbe:T > MIPsocc = 0.5-2.0%

Dijet+6mbias

Declenchement Avant Declenchement Avant

Efficacite: Efficacite:

Taux de fond (QCD dijets):Taux de fond (QCD dijets):Rejection pions ( 0

20-25% de conversions de 0 ‘s avant PS (avant/arr.)

PS+CAL: facteur 2-4 (eleve pour faibles pT )

Selection des fonds: ET 10 GeV: 700~Hz (CAL) a 200 Hz

(CAL+PS)

Exemples: resultats L1Exemples: resultats L1

Taux d’evenements (2.10Taux d’evenements (2.103232 cm cm22 s s-1-1)) 128 termes L1 possibles (combinaisons OR /

AND ) Terme calorimetrique:

terme CEM(#,ET,C=central,N/S=Nord/Sud)

Match trace / PS : terme TEL(# electron, pT)

Match par quadrant: terme TNQ (neutre)terme FQN (charge)

Terme declenchement Taux (Hz) Physique

CEM(1,10,C) 200 W, QCD CEM(1,10,C) 200 W, QCD

CEM(1,7,C)CEQ(1)TNQ(1) 62 QCD CEM(1,7,C)CEQ(1)TNQ(1) 62 QCD CEM(1,10,C)TEL(1,5) 3 W, WZ CEM(1,10,C)TEL(1,5) 3 W, WZ

CEM(1,10,N/S) 690 W Av/ArCEM(1,10,N/S) 690 W Av/Ar

CEM(1,10,N/S)FQN(1) 400 EM Av/ArCEM(1,10,N/S)FQN(1) 400 EM Av/Ar

CEM(1,10,N/S)FPQ(1) 200 W masse CEM(1,10,N/S)FPQ(1) 200 W masse Av/ArAv/Ar

Declenchement J/Declenchement J/ee--ee++

Caracteristiques du signal:Caracteristiques du signal:

B J/ X : < pT(J/ > 0.7 < pTB > avec < pT

B > ~ MB

C J/ : < pT(J/ > 1.5 GeV/c

Seuil calorimetre tres bas: ET 3.0 GeV

Contraintes de declenchementContraintes de declenchementFond Dijet: ~7 MHz @ 1032cm2s-1

Tolerance: ~1 kHz au niveau , ~100Hz niveau 2

Necessite:

L1: Combinaison Trace + Preshower + Calorimetre

coincidence CAL/PS par Quadrant

L2: Reconstruction de Masses Inv....

Declenchement J/Declenchement J/ee--ee+ + (L1)(L1)

Efficacite:Efficacite: centrale 25-30% av/arrie 5-10%

depend de seuil CALET

CAL 2.75-3.0 GeV

Fond dijets:Fond dijets: Taux: 200-1000 Hz controle par

matching /quadrantseuils EFPS , & ET

CAL

Declenchement J/Declenchement J/ee--ee+ + (L2)(L2)

Efficacite:Efficacite: centrale 20-25% avant/arriere 4- 8% depend de seuil L1 CAL ET

Fonds di-jets:Fonds di-jets: Taux: 50-100 Hz: region centrale - avant/arriere reduit par Fenetre en Masse

EM isolation Coincidence TT vs PS reductible: utilisation vertex (applique a J/ )

2 traces / haut parametre d’impact SB = B/B

CP violation with BCP violation with B00dd J/J/KKSS

Projection pour Projection pour sin2sin2 (temps integre) (temps integre)

- efficacite reco des traces: 95%- Dmix 0.47 , Dfond = S(S+B) ~ 0.7

- Tag D2tag ~ 0.05

sin2 13.40 NRECO

Contraintes indirectes:Contraintes indirectes:

Sin2=0.75 0.09CERN-EP/98-133

Recherche du HiggsRecherche du Higgs

Higgs de masse intermediaire:Higgs de masse intermediaire:Higgs de mH = [140, 180] GeV/c2

BR(h W*W*) ~ dominant

Etude de Faisabilite: Etude de Faisabilite: pp gg h W*W* l jet jet

signal 80 fb (mH = 160 GeV/c2)

Principaux Fonds (physiques):Wg l jet jet ~ signal x 25000 !

WW l jet jet ~ signal x 13

ttb bb l jet jet ~ signal x 5

Recherche du HiggsRecherche du Higgs

Analyse: Analyse: preselection

rejette ttb, W+jet vraisemblance L

Resultats:Resultats: exclusion a 95% CL

L = 35 fb-1exp. ! en combinaison avec canaux tri-(di-) leptons

ConclusionConclusion

Participation a l’upgrade de D0Participation a l’upgrade de D0 Test faisceau du detecteur pied de gerbe FPS:

software / prises de donneesanalyse donnees: gerbe e-, calibration…

Declenchement EM:simulation L1 pour haut pt e/ (FPS)simulation L1/L2 pour J/ ee (FPS)

code hardware L1 FPS (FPGA, Altera)simulation C++ L1FPS, L1CPS haut/bas pt

synthese/maintien liste des declenchements L1 et L2

Preparation pour le Run IIPreparation pour le Run II Selection des evenements Bd J/(ee) KS

Detection des J/(ee), Bd J/(ee) Ks(+-) Observabilite de la violation CP

Recherche du Higgs standard membre du ”Higgs Working Group” au

TeVatroncanal d’etude h WW* l jet jet

Constraining M(Higgs)Constraining M(Higgs)

mmtt and m and mHH affect the SM prediction for affect the SM prediction for mmWW via radiative corrections via radiative corrections

measure mmeasure mWW and m and mtt constrain m constrain mHH

for for mmW W = 40 MeV and = 40 MeV and mmtt = 2.5 GeV = 2.5 GeV constrain mconstrain mHH to 80% precision to 80% precision

preliminary

68% CL contours

SM predictions for mWDegrassi etal, PL B418, 209 (1998)Degrassi, Gambino, Sirlin, PL B394, 188 (1997)

ConclusionsConclusions