calderini_stato_apparato_babar

BaBar: stato dell’apparato
G. Calderini
INFN e Universita’ di Pisa
Commissione Scientifica Nazionale I
Assisi, 20-24 Settembre 2004
Run 4 estremamente produttivo
raccolti piu’ di 110 fb-1
17fb-1/month
Lpeak  9.2 1033 cm2 s 1
Obbiettivo prefissato
era di 100 fb-1
Statistica totale accumulata: 244.06 fb
–1
1999
2000
2001
2002
2003
2004
1.62
23.76
40.05
31.32
56.71
90.60(+ ~15)
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Assisi, 20-24 Settembre 2004
Luminosita’ giornaliera
Efficienza di BaBar
Order of 98-99%
at the end of the run
Commissione Scientifica Nazionale I
Assisi, 20-24 Settembre 2004
Anche Belle sta facendo molto bene !
Delivered
Recorded
Continuum
300
250
22fb-1/mese
200
150
Lpeak  14 1033 cm2 s 1
100
50
0
10/11/04
6/2/03
1/21/02
9/11/00
5/3/99
Totale BaBar + Belle = 244 + 286 fb-1 = 0.530 ab-1!!
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Assisi, 20-24 Settembre 2004
Recenti miglioramenti alla macchina durante il run
Numero di bunch:
– Nel 2003: 1030 bunch in pattern per-3.
– Novembre 2003: 1230 bunch in pattern per-2.
– Gennaio 2004: 1317 bunch in pattern per-2.
– Maggio 2004: 1561 bunch in pattern per-2.
Due stazioni RF aggiunte (8 HER, 3 LER).
– I- = 1376 mA di picco, I+ = 2430 mA peak
Trickle injection
– Ora iniezione continua dei due fasci
(piu’ efficienza nella presa dati e maggiore stabilita’
della macchina)
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Assisi, 20-24 Settembre 2004
Miglioramenti alla macchina (shutdown estivo)
•
•
•
•
•
•
•
Muro di schermo a IR2 sul forward
Aggiunta di un’ulteriore stazione RF nel LER
Aggiunta di un’ulteriore stazione RF nel HER
Nuovo kicker longitudinale per il LER
Nuovi elettrodi per i kicker trasversi
Aggiunta di raffreddamento lungo il HER
Costruzione della nuova camera a vuoto
(upstream HER Q5)
• Riallineamento
• Miglioramento del sistema di iniezione
Correnti aspettate per il 2005
I-
= 1800 mA di picco,
I+
= 3300 mA peak
PEP II GOALS
Date
Total
recorded
(fb-1)
July 2003
132
July 2004
240
July 2006
518
Seeman scenario
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Assisi, 20-24 Settembre 2004
Attivita’ sul detector
• DCH: Upgrade dell’elettronica della camera per
limitare il futuro deadtime a luminosita’ piu’ alte
– Shutdown 2004 upgrade del firmware: wave-form
decimation
• Il nuovo firmware e’ stato adattato per le
caratteristiche delle FPGA originali
• Le FPGA da scrivere sono state procurate
• Sostituzione avvenuta durante lo shutdown
• Test hanno dato risultati soddisfacenti
– Summer 2005: nuova board di front-end con nuova feature
extraction su FPGAs on-board.Un gruppo si e’ raccolto per
finalizzare il design entro quest’anno.
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Trigger Level 1 Upgrade: z-trigger
– ZPD and TSF production done. Boards test OK.
– Interface board production complete, tested with no
problems. GLT microcode ready at the end of June.
– Partial DCZ system already running in IR2. Commissioning has
proceeded well; system features understood.
– Triggering of BaBar with the new trigger at the beginning of
run5
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Instrumented flux return
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IFR-RPC (vedere talk Ferroni a CSN1 giugno)
Tentativo di allungare la vita degli RPC il piu’ possibile
Shielding
wall
Protezione aggiunta sul
forward per limitare i
fondi di macchina
Studio del problema di
aumento di corrente su
alcune camere (le seconde
lungo il percorso del gas)
Curato empiricamente con inversioni di flusso delle catene
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Assisi, 20-24 Settembre 2004
Studio in corso sul contenuto in acido fluoridrico
del gas in uscita e sua dipendenza dall’umidita’.
Flussi maggiori (o percentuali di H2O minori) rendono
secca la camera con conseguente aumento di resistivita’
e perdita di efficienza.
Tuttavia un aumento di H2O nel gas comporta un aumento
nella formazione di acido fluoridrico
Misure sono state fatte
per cercare di ottimizzare
i parametri e l’analisi dei
dati raccolti e’ in corso.
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Upgrade del barrel: LST
•
•
Barrel RPC are being replaced
with Limited Streamer Tubes
(LST)
– 12 Active Layers, 6 Layers
of Brass Absorber
– Top and Bottom Sectors in
Summer ’04
– Remaining 4 sectors in 2005
Each Layer consists of 6 to 10
LST Modules
– Each module contains of 2 or
3 “Tubes”, which have been
produced at Pol. Hi. Tech.
and assembled at Princeton
and OSU
– Strong QC activity in Italy
and US
CIRCLED NUMBERS ARE NUMBER OF MODULES PER SEXTANT
BLUE RECTANGLE 8 CELL TUBE
Layer
1
2
8
2
3
8
3
5
8
4
5
8
6
3
8
8
4
8
10
8
8
12
6
8
14
8
8
16
8
8
17
8
8
18
10
8
RED RECTANGLE 7 CELL TUBE
464.3
309.2
8
1
8
8
1
8
8
1
8
8
269.2
8
3
7
8
2
7
2
7
3
7
4
7
1
7
1
7
2
7
464.3
309.2
8
7
269.2
7
464.3
309.2
8
8
269.2
309.2
8
464.3
309.2
8
1
8
8
7
269.2
8
7
269.2
309.2
8
7
309.2
8
464.3
309.2
8
1
8
8
269.2
8
7
269.2
309.2
8
7
464.3
309.2
8
1
8
8
8
269.2
309.2
8
7
309.2
8
Sextant 4 (bottom sextant) successfully installed
The installation proceeds on schedule
October the 15th: ready for the beginning of the run
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Summary of tube production at PHT
LST production
1600
1498
1375
1400
8 cells long
8 cells short
7 cells long
Total
1350
1200
1053
965
1000
953
800
600
400
200
293
152
260
123
87
6
150
250
144
30
0
Assembled
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Rejected
shipped
due
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Module assembling
LSTs have been assembled in modules to
improve the mechanical rigidity of the
structure and to make easier the cabling.
Three type of modules have been designed to
minimize the dead space inside the gap:
 2x8cells
 2x7cells
 3x8 cells
A ground plane is glued on top of the module.
Mechanical supports have been installed to hold cables and
connectors and for the grounding .
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Istallazione
Cominciata puntualmente 1/8/04 con il sestante 4
Nessun problema di stabilita’ meccanica dopo rimozione
supporti angolari
Rimozione RPC e istallazione ottone piu’ veloce del
previsto
Primo layer di tubi istallato con successo il 15/8/04
Primo sestante finito il 4/9/04
Istallazione layers del secondo sestante iniziata
il 19/9/04. Fine prevista per il 6/10
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QC and selection of modules at Collider Hall, Slac
Boxes with
tubes under test
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Sestante 4 durante e dopo l’istallazione
Forward side
Backward side
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Sestante 4, layer 18
214 tubi istallati
Tutti a tensione
nominale
856 canali di lettura
operativi
2 strips z su 1228
interrotte
Studio dei plateau in singola
(andamenti simili per altri layers)
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Software
• Present situation
All software for data-taking and prompt reconstruction is already near
completed (this includes cabling maps, fast monitoring, ODC; geometry,
reconstruction)
• In particular:
the new geometrical description already in database and used by both
simulation and reconstruction
Code tested in latest release 15.x.x
Moose histograms (Geant 4) on ee  mu mu gamma
Future milestones:
•
October 20:
Reconstruction validated with cosmic-ray data
•
November 15:
Reconstruction and simulation validated with collision data
•
December 20:
Muon selectors optimized and ready for reprocessing
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One week after the end of the
first sextant installation
Istallazione, oltre
che tubi ha riguardato
la FEE e I sistemi di
gas e HV
LST layer number
Reconstructed 1-D clusters in Bottom sextant
September 11, 2004
X
Test di QC eseguiti
con rivelatore in
configurazione
finale
Ottimizzazione
soglie e controllo
cablaggi
LST DAQ already in a very good shape and integrated
in the BaBar DAQ
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Recent milestones successfully passed
•
May 20
•
•
•
June 15
June 8
June 15
•
•
•
•
•
June 30
July 27
Aug 1
Aug 15
Sept 4
----------------
80 modules to SLAC
Signal cables delivered
4th shipment (168 Tubes) from PHT
Complete HV cables for 10 modules at SLAC
HV Cables for 2 sextants to SLAC
Ship all modules for 2 sextants from OSU and Princeton
5th, 6th shipments (168 tubes ea) shipped from PHT
All HV supplies for 2 sextants to SLAC
All Modules for 2 sextants arrive at SLAC
Q/C for all tubes for 2 sextants underway at SLAC
All Electronics, crates for 2 sextant to SLAC
7th, 8th shipments (168 Tubes) from PHT [Final Shpm.]
RPC Removal begins
Install First Layer (18th layer Bottom Sextant)
Bottom Sextant Complete
Near-future milestones
•
•
Oct. 6
Oct. 15
---
End of top sextant installation
Detector closed, ready for data taking
Seconda fase dell’upgrade:
I 4 sestanti rimanenti verranno upgradati con lo shutdown 2005
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Silicon Vertex Tracker
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Funzionalita’ di base: il detector e’ stabile
Forward
3/104 sezioni
non acquisite
Layer 3 ROS
z-side short
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Layer 5 noisy
module
1/104 sezioni
non acquisite
Backward
Layer 2 ROS
phi-side short
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Prospettive di deterioramento
Danno da radiazione:
– Incremento in currente di leakage (0.5mA / Mrad
@ 17C)
– Cambiamento tensione di svuotamento (inversione
a 3 Mrad)
– Diminuzione dell’efficienza di collezione di carica
– Aumento del rumore (19% / Mrad), riduzione del
guadagno (4% / Mrad) nell’elettronica
– Degrado della performance del sistema di
protezione dalla radiazione
Occupancy:
– Diminuzione dell’efficienza di ricostruzione
– Peggioramento della risoluzione
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Diminuzione di performance con la dose
SVT L1-Signal/Noise vs dose
5Mrad limit:
Soft S/N deterioration
6000
25
20
4000
Detector Leakage
Electronics noise
Total Noisel
S/N
3000
15
10
Signal/Noise
Noise (electrons)
5000
2000
5
1000
0
0
0
5
10
15
20
25
Dose (Mrad)
S/N = 10 at 5 Mrads, S/N = 6 at 10 Mrads
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Estrapolazioni per la dose e la occupancy
1) Dose estrapolata
Moduli fouri dal piano
orizzontale: non un problema
3Mrad
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Moduli del piano orizzontale:
problemi cominciano verso il 2006
14Mrad
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Possibilita’ di perdere prestazioni nel piano orizzontale
Studi sono stati fatti per valutare l’impatto sulla fisica di scenari
diversi, caratterizzati da una perdita di prestazioni in una regione
attorno al piano orizzontale
B J/Y Ks
35.3%
34.5%
56%
51%
Set E =
2 chips del piano
orizzontale spenti
in L1& 2 (32 ICs)
Scenari con tutti i
moduli del piano
orizzontale spenti
(L1-2, backward e
forward, phi e z)
(IRREALISTICO)
Un esempio tra i modi piu’ sensibili: soft p da B  D*
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Assisi, 20-24 Settembre 2004
Impatto della occupancy
La occupancy influisce sulla
performance sia in termini di
risoluzione e di efficienza di
ricostruzione
Hit efficiency
Effetti studiati usando i dati
raccolti durante un problema
di vuoto a PEP-II
20%
• Risoluzione
peggiora ~ 6µm/10%
• Raddoppia quando la
occupancy ~ 20%
HOT RMS Residuals
20%
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2) Occupancy estrapolata
Estrapolazione della occupancy, chip per chip, usando parametrizzazione
estratta da studi di fondi da macchina ed applicata alle future correnti
YEAR 2004
YEAR 2007
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Per molti chips la occupancy
potrebbe essere il vero
fattore limitante
independentemente dal
danno da radiazione
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Una nota a parte: il problema del layer-4
In maggio e’ stato osservato un incremento anomalo nella
corrente di bias di un modulo del layer-4.
Un’analisi piu’ dettagliata ha indicato che almeno quattro
altri moduli del layer-4 presentavano lo stesso problema.
FL4M16
FL4M11
300uA
Apr
May
Jun
Apr
May
Jun
10uA
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In poco tempo molti altri moduli hanno iniziato a mostrare
lo stesso effetto
> 150uA
> 100uA
> 50uA
Nessuna correlazione nella posizione
Nessun effetto nei layers interni (quindi non e’ semplice
danno da radiazione)
Nessun effetto nel layer-5 (distante solo pochi millimetri)
Nessun cambio critico nella temperatura/umidita’
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Comportamento anomalo in funzione del fascio e della
tensione di bias
No beam
Bias current
HER, LER
La corrente diminuisce quando non c’e’ fascio (il fascio ha un ruolo)
Se il bias viene rimosso mentre c’e’ fascio, quando il detector viene
polarizzato nuovamente, la corrente e’ diminuita (il bias ha un ruolo)
Nessun legame con la trickle-injection
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Assisi, 20-24 Settembre 2004
A questo ritmo, molti moduli del Layer-4 sarebbero
diventati inutilizzabili in pochi mesi
A questo punto abbiamo deciso di togliere un modulo
dall’acquisizione e di usarlo per test approfonditi
Una prima svolta e’ avvenuta quando abbiamo variato
il potenziale delle strisce di metallo di lettura rispetto
a quello dell’impianto
Ibias
La corrente di bias e’ aumentata
rapidamente per poi diminuire di nuovo
quando siamo tornati alla configurazione
standard.
Il comportamento asintotico sembrava
suggerire un processo di scarica
collegato alla superficie del silicio.
Discharge
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Assisi, 20-24 Settembre 2004
Dopo molti test, tra altre teorie, abbiamo considerato
l’ipotesi di un’accumulazione di carica statica sulla (o dentro)
la superficie passivata del silicio. La carica e’ creata dalla
presenza del fascio e potrebbe driftare a causa del campo
elettrico tra i lati prospicienti dei diversi layers.
-20V
+20V
-20V
+20V
E
+
+
+
Il motivo per cui il layer-4 ha mostrato l’effetto per
primo potrebbe essere dovuto alla presenza del fanout
isolante che protegge il lato interno del layer-5. Da
notare che nei layers esterni il fanout (lato z) e’ associato
al lato Ohmico, mentre nei layers interni e’ sul lato
giunzione. Questo spiegerebbe la differenza
rispetto ai Layer-1-2-3, che non mostrano
E
tale effetto.
+
+
+
Fanout isolante
E
+
+
Layer-4
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Layer-5
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-20V
+20V
-20V
+20V
E
+
+
-20V
Per verificare la teoria, abbiamo modificato lo zero di
riferimento di un singolo modulo, preservando tutta la
struttura interna dei potenziali (linee di bias, guard
ring, elettronica). I processi interni di quel modulo
dovrebbero essere totalmente invariati ma il rapporto
col resto del mondo e’ ora totalmente diverso.
+20V
+
+20V
+60V
In questo modo possiamo
cambiare il campo elettrico
tra i due layer vicini
+
+
+20V
+
-20V
Layer-4 Layer-5
L’aumento della corrente di bias
si e’ fermato e siamo riusciti
anche a farla diminuire!
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deltaV=-20
deltaV=+20
deltaV=0
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Lasciando il modulo in quella configurazione, la corrente
di bias ha continuato a scendere, tornando a valori normali.
24 hours
Time
Abbiamo modificato le board degli alimentatori CAEN per i
moduli con correnti alte, per cambiare il potenziale di
riferimento e negli ultimi giorni del run-4 i moduli sono
tornati normali.
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Breakdown localizzato sulla giunzione
+++++++++++++++++++++++++++++
Passivation
Metal
L’accumulo di carica
causa un incremento
nel campo elettrico
sul lato della
giunzione, inducendo
un breakdown.
Silicon Dioxide
p+ implant
n- substrate
Simulazioni e test in
laboratorio per
riprodurre e studiare
l’effetto
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Luciano Bosisio ha suggerito
una spiegazione plausibile
per il meccanismo
Metal
p+ implant
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Attivita’ 2005 (SVT)
Attivita’ di SVT durante lo shutdown viene coordinata con la
proposta di PEP-II di modificare la regione di interazione
cambiando l’ottica e aggiungere raffreddamento
Questo implica l’estrazione del tubo di supporto contenente
la beam-line con SVT
SVT viene rimosso dal tubo di supporto ma non vengono
sostituiti moduli (inefficienza di 4/208 ROS e’ uno
stato molto buono, la probabilita’ di migliorare e’ bassa,
tenendo conto dei rischi dell’operazione )
Sara’ possibile rimpiazzare i diodi del sistema di
protezione dalla radiazione con diamanti
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Assisi, 20-24 Settembre 2004
Conclusioni
Il Run-4 e lo shutdown 2004 sono stati periodi molto intensi,
produttivi e ricchi di attivita’.
La macchina e il detector sono pronti a ripartire per il run-5
con prestazioni sostanzialmente aumentate. L’installazione LST
procede con successo secondo i tempi stabiliti.
Le operazioni residue, in particolare sugli LST e la regione di
interazione potrebbero essere eseguite durante lo shutdown 2005
Tuttavia, cfr. talk di Marcella e come vedrete nel talk di Francesco
Forti, le analisi presentate a ICHEP da BaBar e Belle hanno
evidenziato interessanti discrepanze tra modi diversi (esempio:
misura di Sin(2b) tra modi Charmonio e pinguini-s)
L’esperimento e il Laboratorio stanno valutando l’opportunita’ di
allungare di qualche mese il run 2005 per accumulare una statistica
tale da poter studiare meglio tali effetti.
Nell’eventualita’ di una tale decisione, lo shutdown 2005 verrebbe
posticipato di qualche mese.
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Assisi, 20-24 Settembre 2004