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Contribution a l’upgrade de D Æ: declenchement EM et applications Arnaud Lucotte

Contribution a l’upgrade de D Æ: declenchement EM et applications Arnaud Lucotte CERN, division PPE.

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Contribution a l’upgrade de D Æ: declenchement EM et applications Arnaud Lucotte

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  1. Contribution a l’upgrade de DÆ: declenchement EM et applications Arnaud Lucotte CERN, division PPE 1. Introduction: Motivations & upgrade pour le Run II2. Detecteurs a pied de gerbe (preshower) Chaine de lecture et declenchement Tests faisceaux 3.Le systeme de declenchement EM Architecture et Contraintes Declenchement e/ de haut/bas pT , J/ e-e+4. Application au Run IIDetection des B  J/ (ee) KS Faisabilite du h  WW*  e jet jet

  2. L’upgrade du TeVatron Fermilab DÆ Booster TeVatron Main Injector • Installation du Main Injector (M.I): • Synchrotron / accelerateur 120-150 GeV • Installation du recycleur (M.I): • Refroidissement / stockage / recyclage des anti-protons •  re-injection d’anti-protons disponibles pour collisions (x 2)

  3. Physique de haut pT au Run II • Quark Top: • (pptt+X)  8.0 pb (Mt=170 GeV) +40% / Run I •  DMt3.0 GeV/c2 , Dsttb/sttb~ 8% ... • Bosons W Z, WW  Z: •  DMW ~40 MeV/ c2 , DGW ~30 MeV/ c2, Sin2W~0.001 • Recherche SUSY /Higgs: • qq  +102 ( 01W 01Z) lll ... • pp  Wh  l bb, pp  Zh  llbb, bb • pp  h(W/Z)  WW(W/Z)  ll (l/ll) ...

  4. L’experience DÆ Muons Torroid Calorimetres Det. a traces Tube a Vide

  5. Scintillateurs Arrieres + Nouvelle Electronique, Trig, DAQ Scintillateur Central Solenoide, Detecteur de Traces Silicon Vertex, Preshowers Fibres Sci. Chambres a derive (Mini-drift) Arrieres Boucliers L’upgrade du detecteur DÆ

  6. Upgrade des Muons PDTs Scintillateur Central (declenchement) A-f Scintillateurs Ar. (Pixels) Boucliers Chambres a derive (MDTs) Arrieres Scintillateur B/C

  7. Detecteurs de Traces / Preshowers • 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: svertex  40 mm (r-f) , 100 mm (r-z) • o Detecteur de traces a Fibres scintillantes • 8 super-couches de doublets de fibres scint. (x,u,v) • 74000 fibres 125 cm h=1.6 o Preshowers: Central ||<1.6 strips / fibres sc. 3840 canaux Arriere 1.5<||<2.5 strips / fibres sc. 16000 cannaux o Solenoide: 2 T h=3

  8. Detecteur de Vertex Detecteur Micro-strip (Si):~792000 cannaux 12 Disques F 6 Barrels 387k canaux sur 4-couches double-face barrel (stereo) 4 disques H 405k canaux sur disques (double face stereo) et disques a grand-z

  9. Detecteur de Vertex • Structure: detecteur a micro-pistes Si • i - 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 mm, ±15.0o stereo • iii- Disques Arrieres : 4 (9.5<r< 20 cm, z=94,126cm) • - 384 single-sided detectors for 4 disks, • - picth 40 mm, ±7.5o stereo

  10. Module FPS+connecteur WLS

  11. Extrusion des scintillateurs

  12. Traking et Preshower • Performance Goals for (Vertex + Tracker+PS): • i - Momentum resolution: • dPT/PT2 = 0.002 (Silicon+Fiber tracker) • ii- High tracking efficiency 95% • -Track reconstruction high |h| < 3 (disks) • iii- Vertex Reconstruction • - primary vertex: svertex = 15-30 mm (r-f) for tt / bb • - secondary vertex: svertex = 40 mm (r-f) , 100 mm (r-z) • iv- Electron/g ID: • - charge signs, Preshower/ Track/CAL at Trigger Level • - off-line particle ID

  13. 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 Extension couverture sous detecteur Fournit: - declenchement L1 / ID en dehors du toroid, - etiquetage en temps pour muons dans PDT’s Scintillateurs A-F Barrel Compteurs a scintillation - segmentation Dh x Df = 0.2 x 4.5 Fournit: - declenchement L1 - ID avant le toroid (muons de faible pT) - etiquetage en temps - coincidence avec traces (L1, L2) Systeme Muon Central

  14. Systeme Muon Arriere • Forward Tracking (1< |h| < 2): • Remplacement 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 (1< |h| < 2): • 3 Scintillateurs pixel layers (Dh x Df = 0.1 x 4.5o) • Fournit: • etiquetage en temps , match vs traces, ID/declench. L1 • Boucliers autours du tube a vide • Rejette fonds (declenchement)

  15. Compteurs A-f a scintillation

  16. Systeme Muon Central • (a) Compteur “Cosmic Cap” • (b) Compteur “Bottom” (b) (a)

  17. Systeme Muon Arriere • Compteur a Scintillation (pixel) (Couche A)

  18. Systeme Muon Arriere • Mini-Drift Tubes (MDT’s) Assembled MDT Octant

  19. Physique de bas pT au Run II • Physique du B: • sbbar 50 mb (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 J/ : • Mesures de • d/dpTd(ppJ/ • Calibration: • Calorimetre / faible E • (J/,  e-e+)

  20. Impact sur le detecteur DÆ • 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: • 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

  21. Preshower Central (||<1.2 ) • 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: • Resolution de l’energie du calorimetre • Declenchement & ID particules: • Position : resolution e/ de ~1mm / 500m • ID : etiquetage electron avec PS+trace • L1 & L2 : reduction fonds par facteur 3-5 Front End: PS+traces 4.5o

  22. Preshower Avant (1.5<||< 2.5 ) • Structure: • Couverture : 1.5<|h| < 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

  23. Preshower Avant (1.5<||< 2.5 ) • Objectifs: • Particule ID e / p / g (niveau 3 et “off-line”) • fonds dus a: •  avec conversion, hadrons+- et  electron photon • Declenchement • L1 & L2 : reduction fonds par facteur 2-10 •  Position & Energie • Resolution e/ de ~1mm / 500m • Mesure d’energie a 15% suffisante

  24. Lecture des Preshowers • Fibres scintillantes • Fibres (emission vert) •  Resistant Radiation • 10 ans @ 2 1032 •  10m guide-fibres WLS • -> photodetecteur • Amplification du signal: • Photoconverteur(VLPC) • fonctionne a T = 6-13K • - Conversion e • ( ~ 15 p.e / couche / mip ) • - Amplification: 30-40 K • DAQ & Declenchement • Chips digitaux (0/1) •  declenchement rapide •  niveau-1 • Chips analogues (SVXII) •  analogue (energie) •  niveau-2/3 & “offline” VLPC

  25. DAQ / Declenchement des PS • 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 Scintillateur SIGNAL GERBE [5-160]fC [0-150]fC Fibres WLS SIFT SVX 0.09 Q Q VLPC SIGNAL MIP SVX SIFT 0.27 Q SIGNAL TRIGGER Logique Trigger (FPGA’ s)

  26. Faisceau test du Preshower • Objectifs: • Test de l’electronique d’acquisition (SVX-II) • Caracterisation des particules e / p • Calibration du detecteur (pe’s / MIP) • Banc d’essai: • faisceaux pions, electrons (50, 70 GeV) • 4 modules testes, chips SVX-II, VLPC +Cryogenie

  27. Faisceau test: Resultats • Electrons: forme de gerbe EM versus MC: • Calib: 1 mip = 143 p.e. EFPS vs EVraie

  28. Declenchement EM a DÆ • Architecture et contraintes • (Re)-definition du niveau 1 (CAL / PS) • Niveau 1 • Niveau 2 • Declenchement EM • Objets de bas pT • Algorithmes de detection de J/ e+e- • Efficacite et taux declenchements • Prospectives Run II: • Selection de B0d  J/(e+e-)Ks • Etude de faisabilite: h WW*  e jet jet

  29. L1CAL Architecture & Contraintes Detecteur Declen. L1 Declench. L2 (4.2s) (100 s) 1 kHz 8 kHz 7 MHz L2Cal CAL FPS CPS L2PS Global L2 L1FT L2CFT CFT L2STT SMT L2 Muon L1 Muon Muon L2FW:Combine objets (e, m, j) L1FW: tours CAL, traces, Muon INITIALEMENT...

  30. L1CAL Architecture & Contraintes Detecteur Declen. L1 Declench. L2 (4.2s) (100 s) 1 kHz 8 kHz 7 MHz L2Cal CAL L1PS / L1FT FPS CPS L2PS Global L2 L2CFT CFT L2STT SMT L2 Muon L1 Muon Muon L2FW:Combine objets (e, m, j) • L1FW: tours CAL, traces, Muon • 128 combinaisons (ORs) possibles • Calorimetre vs Preshower + traces • Calorimetre vs Traces

  31. Declenchement EM central L1 • Detecteurs specifiques: • Calorimetre EM • #tours EM (= 0.20.2) 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: • Coincidence par Quadrant: •  1 tour EM + ( 1 gerbe CPS + 1 Trajectoire pT ) L1CAL L1PS L1CFT L1FW

  32. Declenchement EM central L2 • Calorimetre EM •  tours calorimetrique “seed” = L1 •  energie EM totale du depot: • ETEM = ETSEED + ET2nd_max •  fraction EM du depot: • EMF = ETEM/(ETEM+ETHAD) •  isolation du depot: • TISO = ETEM/(ETEM +ETHAD) (33  incluant “seed”) • Preshower L2PS: •  gerbe 3D (u,v,x)  (, ,z) etiquetee e • Det. de Traces •  convertit L1 pT trace pT • (Look Up Table) •  extrapole trace  a EM(3) • Det. de Vertex •  combine traces CFT •  re-ajustement : • pT, , par. impact L2CAL L2PS L2CFT L2CTT

  33. Declenchement EM Avant/Arriere • Calorimetre EM • tours EM (= 0.20.2) ET >[2.5, 5, 7, 10] GeV • PreShower Avant • gerbes =  strips adjacents -Estrip 5-10 MIPs • electron = gerbe PS (u ou v) + MIP (u ou v) • Declenchement global • Coincidence par Quadrant •  1 tour EM + 1 electron (u et v) FPS L1CAL L1PS Pb Electron dans FPS L1FW

  34. Declenchement EM Avant/Arriere • Occupation dans le Preshower: • Interactions / crois. • <#> = 2.1 (Poisson) • @ 2. 1032 cm2s-1 • detection mip: • T>0.3 MIP • occ = 7-10% • detection gerbe: • T > 5 MIPs • occ = 0.5-2.0% Dijet+6mbias

  35. Declenchement Avant • Efficacite: • 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)

  36. Exemples: resultats L1 • Taux d’evenements (2.1032 cm2 s-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(1,7,C)CEQ(1)TNQ(1) 62 QCD  • CEM(1,10,C)TEL(1,5) 3 W, WZ  • CEM(1,10,N/S) 690 W Av/Ar • CEM(1,10,N/S)FQN(1) 400 EM Av/Ar • CEM(1,10,N/S)FPQ(1) 200 W masse Av/Ar

  37. Declenchement J/e-e+ • Caracteristiques du signal: • B  J/Y X : < pT(J/Y) >  0.7 < pTB > avec < pTB > ~ MB • C J/ Y: < pT(J/Y) >  1.5 GeV/c •  Seuil calorimetre tres bas: ET 3.0 GeV • Contraintes de declenchement • Fond 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 (h,f), Masses Inv....

  38. Declenchement J/e-e+ (L1) • Efficacite: •  centrale  25-30% •  av/arrie  5-10% •  depend de seuil CAL • ETCAL 2.75-3.0 GeV • Fond dijets: •  Taux: 200-1000 Hz •  controle par • matching /quadrant • seuils EFPS , & ETCAL

  39. Declenchement J/e-e+ (L2) • Efficacite: •  centrale  20-25% •  avant/arriere  4- 8% •  depend de seuil L1 CAL ET • 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/m-m+ ) • 2traces / haut parametre d’impact SB = B/sB

  40. CP violation with B0d-> J/Y KS • Projection pour sin2 (temps integre) • - efficacite reco des traces: 95% • - Dmix 0.47 , Dfond = S(S+B) ~ 0.7 • - eTag D2tag ~ 0.05 •  sin2  13.40  NRECO • Contraintes indirectes: • Sin2=0.75 0.09 • CERN-EP/98-133

  41. Recherche du Higgs • Higgs de masse intermediaire: • Higgs de mH = [140, 180] GeV/c2 • BR(h  W*W*) ~ dominant • 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

  42. Recherche du Higgs • Analyse: •  preselection • rejette ttb, W+jet •  vraisemblance L • Resultats: •  exclusion a 95% CL • L = 35 fb-1exp. ! •  en combinaison avec • canaux tri-(di-) leptons

  43. Conclusion • Participation a l’upgrade de D0 • Test faisceau du detecteur pied de gerbe FPS: • software / prises de donnees • analyse 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 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 TeVatron • canal d’etude h  WW* l jet jet

  44. preliminary 68% CL contours Constraining M(Higgs) • mt and mH affect the SM prediction for mW via radiative corrections • measure mW and mt constrain mH • for dmW = 40 MeV and dmt = 2.5 GeV constrain mH to 80% precision • SM predictions for mW • Degrassi etal, PL B418, 209 (1998) • Degrassi, Gambino, Sirlin, PL B394, 188 (1997)

  45. Conclusions

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