SuperB Progress Reports - fcp/superB/wp.pdf¢  SuperB Progress Reports Physics Accelerator Detector Computing

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  • SuperB Progress Reports

    Physics

    Accelerator

    Detector

    Computing

    March 31, 2010

    Abstract

    This report describes the present status of the detector design for SuperB. It is one of four separate progress reports that, taken collectively, describe progress made on the SuperB Project since the publication of the SuperB Conceptual Design Report in 2007 and the Proceedings of SuperB Workshop VI in Valencia in 2008.

  • Contents

    1 Introduction 1 1.1 The Physics Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 The SuperB Project Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.3 The Detector Design Progress Report . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

    2 Overview 2 2.1 Physics Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.2 Challenges on Detector Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.3 Open Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.4 Detector R&D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

    3 Silicon Vertex Tracker 9 3.1 Detector concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

    3.1.1 SVT and Layer0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.1.2 Performance Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.1.3 Background Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

    3.2 Layer0 options under study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.2.1 Striplets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.2.2 Hybrid Pixels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.2.3 MAPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.2.4 Pixel Module Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

    3.3 A MAPS-based all-pixel SVT using a deep P-well process . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.4 R&D Activities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

    4 Drift Chamber 19 4.1 Backgrounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4.2 Mechanical Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4.3 Drift Chamber Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4.4 Gas Mixture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.5 Cell Design and Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.6 R&D work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

    5 Particle Identification 24 5.1 Detector concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

    5.1.1 Charged particle identification at SuperB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 5.1.2 BABAR DIRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

    5.2 Barrel PID at SuperB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 5.2.1 Performance optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 5.2.2 Design and R&D status . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

    5.3 Forward PID at SuperB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 5.3.1 Motivation for a forward PID detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 5.3.2 Forward PID requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 5.3.3 Status of the forward PID R&D effort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

    6 Electromagnetic Calorimeter 33 6.1 Barrel Calorimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

  • 6.2 Forward Endcap Calorimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 6.3 Backward Endcap Calorimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 6.4 R&D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

    6.4.1 Barrel Calorimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 6.4.2 Forward Calorimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 6.4.3 Backward Calorimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

    7 Instrumented Flux Return 42 7.1 Performance optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

    7.1.1 Identification Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 7.1.2 Baseline Design Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 7.1.3 Design optimization and performance studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

    7.2 R&D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 7.2.1 R&D tests and results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 7.2.2 Prototype . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

    7.3 Baseline Detector Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 7.3.1 Flux Return . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

    8 Electronics, Trigger, DAQ and Online 47 8.1 Overview of the Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

    8.1.1 Trigger Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 8.1.2 Trigger Rates and Event Size Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 8.1.3 Dead Time and Buffer Queue Depth Considerations . . . . . . . . . . . . . . 49

    8.2 Electronics, Trigger and DAQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 8.2.1 Fast Control and Timing System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 8.2.2 Clock, Control and Data Links . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 8.2.3 Common Front-End Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 8.2.4 Readout Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 8.2.5 Experiment Control System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 8.2.6 Level 1 Hardware Trigger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

    8.3 Online System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 8.3.1 ROM Readout and Event Building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 8.3.2 High Level Trigger Farm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 8.3.3 Data Logging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 8.3.4 Event Data Quality Monitoring and Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 8.3.5 Run Control System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 8.3.6 Detector Control System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 8.3.7 Other Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 8.3.8 Software Infrastructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

    8.4 Front-End Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 8.4.1 SVT Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 8.4.2 DCH Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 8.4.3 PID Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 8.4.4 EMC Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 8.4.5 IFR Electronics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

    8.5 R&D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 8.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

  • 9 Software and Computing 64 9.1 The baseline model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

    9.1.1 The requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 9.2 Computing tools and services for the Detector and Physics TDR studies . . . . . . . 66

    9.2.1 Fast simulation of the SuperB detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 9.2.2 Bruno: the SuperB full simulation tool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

    9.3 Simulation output: Hits and MonteCarlo Truth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 9.4 Staged simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 9.5 Interplay with FastSim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

    9.5.1 The distributed production environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 9.5.2 The software development and collaborative tools . . . . . . . . . . . . . . . . 77

    10 Mechanical Integration 79

    11 Budget and Schedule 79 11.1 Detector Costs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 11.2 Schedule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

  • 1.2 The SuperB Project Elements 1

    1 Introduction

    1.1 The Physics Motivation

    The Standard Model successfully explains the wide variety of experimental data that has been gathered over several decades with ener- gies ranging from under a GeV up to several hundred GeV. At the start of the mill