MAMBO (MAMi-BOnn)

MAMBO (MAMi-BOnn)
La sigla MAMBO si articola su due attività:
- A2@MAMI (Mainz)
presa dati e analisi
⇒Paolo Pedroni – Spokesperson insieme a A. Thomas
- BGO-OD (Bonn)
installazione, messa a punto apparato, presa dati e analisi
⇒Paolo Levi Sandri – Spokesperson insieme a H. Schmieden
Obiettivi di fisica:
- studio delle proprietà delle risonanze nucleoniche attraverso la fotoproduzione di
mesoni pseudoscalari e vettoriali con fasci e/o bersagli polarizzati
Es. γ + p → η + p
A Mainz con un fascio di fotoni polarizzati lin. o circ. di energia fino a 1.6
GeV+bersaglio polarizzato
A Bonn con un fascio di fotoni polarizzati linearmente di energia fino a 3.2 GeV
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
COLLABORAZIONE MAMBO
Responsabile Nazionale fino ad oggi:
News!!
RACHELE DI SALVO
Responsabile Nazionale a partire da oggi: ALESSIA FANTINI
Sezioni INFN partecipanti:
ROMA TOV
Responsabile Locale fino ad oggi
RACHELE DI SALVO
News!! Responsabile Locale a partire da oggi ALESSIA FANTINI
LNF
Responsabile Locale
PAOLO LEVI SANDRI
MESSINA
Responsabile Locale
GIUSEPPE MANDAGLIO
PAVIA
Responsabile Locale
PAOLO PEDRONI
ISS-RM
Responsabile Locale
FRANCESCO GHIO
TORINO
Responsabile Locale
GIANPIERO GERVINO
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
ANAGRAFICA MAMBO
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
STAFF TECNICO
Gianni Nobili
(INFN Sezione Roma “Tor Vergata”)
Gianni Vitali & Maurizio Iannilli
(Università di Roma “Tor Vergata” - INFN Sez. Roma “Tor Vergata”)
Stefano Colilli & Fausto Giuliani
(Istituto Superiore di Sanità - INFN Sezione Roma)
Alessandro Saputi & Maurizio Gatta
(Laboratori Nazionali di Frascati)
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
ATTIVITA' A BONN
BGO-OD
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
BGO-OD
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
D. Elsner
Joint PAC of MAMI and ELSA 2012, Dec. 6th-7th
P. Levi Sandri G. Mandaglio
RATE B
A. Fantini A. Braghieri
RATE A
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
BGO-OD
Photon Tagger
Goniometro (polarizz. fascio)
Bersaglio criogenico
- Regione centrale:
Calorimetro e.m. di BGO
NEWS!
Barrel di scintillatori plastici
MWPC
- Regione in avanti:
MRPC
(In blu le parti a resp. italiana)
Commissioning – Dic. 2013
Commissioning – Nov. Dic. 2014
LH2: Commissioning - Feb.-Marzo 2012
LD2: Commissioning – Dic. 2014
NEWS!
NEWS!
NEWS!
Commissioning - Feb.-Marzo 2012
Commissioning con Campo Magn. – Dic. 2013 e Maggio 2014
Commissioning - Giugno 2012
Installate e testate con cosmici a Bonn
Primo test su fascio – Dic. 2014
NEWS!
Commissioning previsto a Giugno 2015
MOMO (fibre scintillanti)
SciFi2 (fibre scintillanti)
Dipolo magnetico
4 Muri TOF
NEWS!
Drift Chambers
In fase di installazione a Bonn (12-25 Aprile 2015)
Commissioning previsto a Giugno 2015
Commissioning Feb.-Marzo e Giugno 2012
Commissioning
Commissioning Feb.-Marzo e Giugno 2012
del tracciamento
Full Field raggiunto a Feb.2013
con campo
Commissioning di 2 muri – Maggio 2013
magnetico –
Commissioning di 2 muri – Maggio/Dic. 2014 Maggio 2014
Commissioning Giugno 2012
- Rivelatori di flusso:
GIM (alta eff.)
FluMO (bassa eff.)
Commissioning Dic. 2014
Commissioning Dic. 2014
NEWS!
NEWS!
2013
Feb. 2013
Tests su fascio a Bonn (Photon tagger, GIM, FluMO)
Maggio 2013
Tests su fascio a Bonn (Photon Tagger, GIM, FluMo)
Maggio 2013
Tests con campo magnetico a Bonn (BGO)
Luglio 2013
Tests su fascio del goniometro (estrazione prima
polarizzazione del fascio)
Settembre 2013
Tests con campo magnetico a Bonn (BGO)
Ottobre 2013
Tests con campo magnetico a Bonn (BGO)
Nov.-Dic. 2013
Presa dati con:
- campo magnetico da 0.216 T
- fascio non polarizzato
- fascio di energia Eγ = 200÷1600 MeV
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
2014
Maggio 2014
Commissioning del tracking di particelle cariche in avanti con:
- campo magnetico di 0.216 T
- fascio non polarizzato di energia Eγ = 200÷1700 MeV
Maggio 2014
Installazione schermaggio definitivo BGO
Luglio-Agosto 2014 Presa dati con:
- campo magnetico di 0.216 T
- fascio non polarizzato di energia Eγ = 200÷2140 MeV
Sett.-Ott. 2014
Tests con campo magnetico massimo (BGO)
Nov.-Dic. 2014
Presa dati con:
- campo magnetico di 0.216 T
- fascio polarizzato linearmente
- fascio di energia Eγ = 400÷2600 MeV
- su bersagli di:
H2 (→ protone libero)
D2 (→ protone legato e neutrone legato)
Carbonio
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
R. Di Salvo - CSNIII - 18/06/13
M. Romaniiuk
BERSAGLIO H2
⇒ Commissioning Feb.-Marzo 2012 e Giugno 2012
8h per riempire il bersaglio partendo dalla temperatura ambiente
Per acquisire dati con bersaglio vuoto → aumentare la temperatura per produrre
l'evaporazione dell'H2 e poi sono sufficienti 2h per tornare dal gas al liquido
Il bersaglio di H2 è stato sempre usato in tutti i tests successivi.
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
M. Romaniiuk
R. Di Salvo - CSNIII - 18/06/13
M. Romaniiuk - G. Vitali – M. Iannilli
BERSAGLIO D2
R. Di Salvo - CSNIII - 18/06/13
M. Romaniiuk - G. Vitali – M. Iannilli
R. Di Salvo - CSNIII - 18/06/13
CALORIMETRO E.M. DI BGO+ MWPC+BARREL
barrel of 32 plastic
scintillators
(NE102A)
Cylindrical MWPC's
⇒Commissioning del BGO Feb.-Marzo 2012 → Trigger “Tagger-BGO”
⇒Commissioning del BGO con campo magnetico Dic. 2013 e Maggio 2014
In tutti i tests, selezioniamo in modo molto pulito eventi di fotoproduzione di
π 0 o di η su protone (libero o legato) e adesso anche su neutrone:
γ + p → π 0+ p → γγ +
η + p → γγ + p
γ + n → π 0+ n → γγ + n
η + n → γγ + n
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
R. Di Salvo – A. Fantini – V. De Leo – F. Curciarello
VISTA DALL'ALTO DEL BGO
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
G. Nobili – S. Colilli – R. Fratoni – M. Lucentini – G. Vitali – M. Iannilli
SHIELDING DAL CAMPO MAGNETICO
Valori del campo per 5 cristalli dell'emisfero superiore (blu) e inferiore (rossa) in fz. di θ
Senza shielding
Con lo shielding scelto
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
D. Elsner – P. Levi Sandri – G. Gervino
G. Vitali – M. Iannilli
Spettri della sorgente di 22Na (1 fotone a 0.5MeV e 1 fotone a 1.275MeV) - No campo magnetico
θ=1 Corona più vicina al dipolo
Emisfero
superiore
(stessa scala
in tutti i plot)
Emisfero
inferiore
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
R. Di Salvo – A. Fantini – V. De Leo – F. Curciarello
Spettri della sorgente di 22Na – Campo magnetico @0.43T
θ=1 Corona più vicina al dipolo
⇒ Il comportamento è critico fino alla quarta corona (θ=1÷4) e per gli
angoli azimuthali dell'emisfero superiore (ϕ=1÷8).
θ=1
Emisfero
superiore
(stessa scala
in tutti i plot)
Emisfero
inferiore
Picchi si sono
abbassati ma
possono essere
calibrati
Visibili un solo picco
della sorgente
Visibili i due picchi
della sorgente
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
R. Di Salvo – A. Fantini – V. De Leo – F. Curciarello
Picco di calib. ch=60
Spettri della sorgente di 22Na – Campo magnetico @0.216T e schermaggio
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
RIVELATORE A BARREL
32 barre di scintillatore plastico (BC440 high
temperature resistant: Soft. Point = 99°, light
output 60% Anthracene, λ max. emission =
434 nm, τdec = 3.3 ns, attenuation
length=400cm, n=1.58 Read-out Hamamatsu
PM3164)
⇒ Commissioning del Barrel Giugno 2012
Settembre 2014: sostituite 16 barre di mezzo rivelatore (left rispetto alla
direzione del fascio)
Marzo 2015: sostituite 16 barre dell'altro mezzo rivelatore (right) e sostituiti
una decina di PMT a basso guadagno
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
F. Ghio – G. Nobili – S. Colilli – F. Giuliani
pion/proton identification
Neutral/charged discrimination
(dE/dx)BARREL % EBGO
Particle identification in BGO/barrel
(dE/dx)BARREL
EBGO
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
F. Ghio – G. Nobili – S. Colilli – F. Giuliani
MWPCs Status

DETECTOR
⇒ Trasportate da Pavia e installate a Bonn in Marzo 2014
Completamento di montaggio e cablaggio a Luglio 2014
MWPC Sketch
MWPCs Tests
- Basic MWPCs HV tests with/out gas: OK (up to now no broken
wire/discharge currents) – vey low dark current (a few nanoAmp)
a first test with beam has been also successful in December 2014
- Basic electrical (noise) tests: Problems detected with «low noise»
switching power supplies for preamplifier crates (tests in Pavia
were OK) Solved with new linear power supplies
Wire Signals from Oscilloscope
With switching power
supplies
With linear power supplies
- Basic DAQ readout test with cosmic ray events
Wire signals
Number of events
Number of events
Wire 84
Wire 338
Low noise
Time
High noise
Delay time with respect to the trigger
Preamplifier cards still under final debug (efficiency to be improved)
Time
Strip signals
Read by WIENER modules giving both ADC and TDC information (the use of this
module needed an additional shaping card after PA)
Delay time with respect to the trigger - from offline
analysis
Low ADC threshold
High
threshold
Future Planning
 Strips: PA card modification - gain to be decreased (ADC threshold
can not be increased to preserve a good signal timing)
 Wires: Check of the efficiency / PA discriminator threshold (?)
MRPC (Multigap Resistive Plate Chamber)
Il rivelatore è composto da 16 settori (“petali”) di forma trapezoidale, disposti a coprire
tutto l'angolo azimuthale.
Otto “petali” sono disposti su un piano e altri otto “petali” sono disposti su un piano
posteriore sfasati e parzialmente sovrapposti.
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
R. Messi – D. Moricciani
Il progetto iniziale, che prevedeva petali ortogonali rispetto alla direzione del
fascio, è stato modificato inclinando i petali, in modo da minimizzare la differenza
di percorso delle particelle che impattano sullo stesso petalo con angoli polari
diversi.
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
R. Messi – A. Saputi
Ciascun “petalo” è costituito da 4 “stack” trapezoidali
(ensemble di vetri, spaziatori e gas) accoppiati nel verso
di attraversamento delle particelle cariche.
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
Ogni “stack” di forma trapezoidale è composto da:
- due vetri più grandi esterni, verniciati con vernice resistiva
(Graphit33+Licron)
- 5 vetri interni separati da fili da pesca (∅160 µm) che delimitano
6 gap di gas
ed è montato dentro una cornice di PET rigido a forma di trapezio
isoscele con fori di inlet-outlet per la miscela del gas (∅2 mm) e
fori per il passaggio dei fili da pesca (∅1 mm)
Miscela di gas:
90% C2F4H2 (tetrafluoroetano) + 10% SF6 (esafluoruro di zolfo)
Vernice resisitiva
PCB con pad
Vetri esterni
Vernice resisitiva
R. Messi – D. Moricciani
Vetri interni
PCB con pad
Spaziatori
(fili da pesca)
L'elettronica di Front-End è costituita da chip NINO Asic (8 canali), per
amplificazione, discriminazione e shaping del segnale.
Le schedine dei NINO sono state modificate rispetto a quelle iniziali di Alice:
le soglie di discriminazione sono regolabili + impulso di test
Ogni petalo è “letto” con 16 pad accoppiate lateralmente a 4 NINO (due a
destra e due a sinistra) che amplificano e discriminano e formano i segnali di 8
pad ciascuno.
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
R. Messi – M- Gatta
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/2015
R. Messi – M- Gatta
Lavorazione
- Verniciatura dei vetri grandi con vernice resistiva
- Misura della resistenza Ohm in 5 punti fissi del vetro
- Essiccazione in forno del vetro verniciato a 150 gradi per almeno 50 ore
- Incollaggio del primo vetro grande sulla cornice di PET + foglio di PET di 0.1 mm di
spessore in modo da sigillare ed isolare la vernice resistiva
- Esecuzione di sei strati di filatura con fili da pesca in tensione in alternanza a 5 vetri
piccoli poggiati sui fili all'interno del frame di PET
- Incollaggio del secondo vetro grande verniciato + secondo foglio di PET.
- Chiusura dei fori di filatura con colla Araldite
- Incollaggio di un ulteriore foglio di PET da 100m per isolare ulteriormente i 12KV
- Flussaggio dello stack con gas per due giorni e test automatico in tensione: rampa da 0 a
13 kV, a passi di 1V/sec (→ curve I%V)
- Test di efficienza con i cosmici in coincidenza con 4 scintillatori plastici
- Assemblaggio finale di ciascun petalo con 2 pcb lato HV, 3 pcb lato GND e da 2
schedine di interconnessione pads - FE-NINO.
R. Messi – S. Colilli – F. Giuliani – R. Di Salvo - A. Fantini – D. Moricciani – C. Lastoria – M. Gatta
R. Messi – S. Colilli – F. Giuliani – R. Di Salvo - A. Fantini
R. Messi – S. Colilli – F. Giuliani – R. Di Salvo - A. Fantini – D. Moricciani – C. Lastoria – M. Gatta
I (A) vs. V (Volts)
Curva di efficienza di un
petalo con cosmici
I (A) vs. V (Volts)
Segnali analogici di uno stack con cosmici
e segnale formato NINO
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/2015
R. Messi - D. Moricciani – C. Lastoria
⇒ Luglio 2014 - Marzo 2015:
Costruzione della Meccanica finale (G. Vitali, M. Iannilli)
Finalizzazione del design delle pad di read-out, connettori e schede e loro
fabbricazione (R. Messi, M. Gatta)
Costruzione e Assemblaggio rivelato (R. Messi, S. Colilli, F. Giuliani, A.
Fantini, R. Di Salvo)
Tests del rivelatore (R. Messi, C. Lastoria, D. Moricciani)
Installazione supporti meccanici a Bonn 12-25 Aprile 2015 (R. Messi, G.
Vitali, M. Iannilli, A. Saputi)
Installazione del rivelatore (cablaggio HV, gas) a Bonn 12-25 Aprile 2015
(R. Messi, D. Moricciani, S. Colilli, F. Giuliani)
Tests su fascio a Maggio 2015 – Commissioning a Giugno 2015
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
R. Messi – S. Colilli – F. Giuliani – M. Iannilli – G. Vitali – D. Moricciani – A. Saputi – R. Di Salvo –
A. Fantini – C. Lastoria
MRPC (Multigap Resistive Plate Chamber)
Il rivelatore a MRPC copre:
- angolo polare ϑ=8°÷25° (una zona non
coperta da nessun altro rivelatore)
- angolo azimuthale ϕ=0°÷360°
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
R. Messi – A. Saputi – M. Iannilli – G. Vitali – F. Messi
⇒ Progettazione, costruzione e installazione a Bonn della struttura di supporto
meccanico (Genn.-Nov.2012)
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
R. Messi – A. Saputi – M. Iannilli – G. Vitali – F. Messi
R. Messi – M. Iannilli – G. Vitali
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
ANALYSIS OF DATA COLLECTED
IN NOV-DEC 2014
ACQUISITION AND ANALYSIS CONDITIONS
Energy Spectrum
Magnetic Field
 analysed runs
Eff. Acq. Time
400 2590 MeV
0.216T
Pol+
293
Pol182 646'' 50h 44' 6''
Time Cuts on events:
-1 1 ns Tagger
-10 10 ns BGO
-5 5 ns Barrel
Analysed reactions
 analysed events
279
p→  0p → 2 + p
p→  p → 2 + p
Pol+ 1.582 107 ev. (detectors in time)
Pol- 1.414 107 ev. (detectors in time)
SUMMARY OF THE OBTAINED RESULTS
Analysed events:
p→  0p → 2 + p
Pol+
735 999   collected (∼4.   /s ∼ 14 500   /h)
2γ in BGO+Theta_MissPart>25°
p in BGO/Bar
N1 = 698 513
p in BGO (No bar)
N2 = 31 328
Global Barrel Ineff.: N2/(N1 + N2) = 4.3%
2γ in BGO+Theta_MissPart<12°
p in Momo+SciFi2
N3 = 6 158
(about 0.84% of N1+N2)
SUMMARY OF THE OBTAINED RESULTS
Analysed events:

Pol-
673 167
p→  0p → 2 + p
  collected
2γ in BGO+Theta_MissPart>25°
p in BGO/Bar
N1 = 639 122
p in BGO (No bar)
N2 = 28 520
Global Barrel Ineff.: N2/(N1 + N2) = 4.3%
2γ in BGO+Theta_MissPart<12°
p in Momo+SciFi2
N1 = 5 525
Proton in BGO/Barrel
Pol- After kinematical cuts
2 Invariant Mass from BGO
Proton Missing Mass from Tagger-BGO
γ p → π0 X
2 Inv. Mass vs. Proton Missing Mass
Proton in Forward Detectors
Pol- After kinematical cuts
2 Invariant Mass from BGO
Proton Missing Mass from Tagger-BGO
γ p → π0 X
2 Inv. Mass vs. Proton Missing Mass
2 Inv. Mass vs. Proton Missing Mass from BGO after kinematical cuts
Zoom on  0
Zoom on  0
Proton in BGO/Barrel
Proton in Forw. Det.
Zoom on 
Zoom on 
SUMMARY OF THE OBTAINED RESULTS
Pol-
2 Invariant Mass from BGO after cut on
Proton MissMass=800÷1050 MeV; 2 Inv.Mass=80÷180 MeV; Meson MissMass<350
MeV
Proton
BGO
Protonininthe
BGO/Barrel
Proton in Momo/SciFi2
Proton in BGO (Barrel Inefficiency)
p in BGO/Bar
µ = (133.6 ± 0.016) MeV
σ = (12.9 ± 0.012) MeV
p in BGO (no Bar)
µ = (134.1 ± 0.074) MeV
σ = (13.0 ± 0.06) MeV
p in Momo/SciFi2
µ = (150.6 ± 0.2) MeV
σ = (13.8 ± 0.18) MeV
TIME RESOLUTIONS FOR SELECTED  0 EVENTS
Time distribution of Proton in BGO
 = 1.2 ns
Time distribution of Proton in Bar
Time distribution of 1 or 2
 = 1.1 ns
Time Diff BGO/Bar
VERY PRELIMINARY FROM DEUTERIUM!!
γ + p (n) →π 0 (η) + p (n)
2 Invariant Mass
2 Inv. Mass % Proton Miss. Mass
Proton Missing Mass
VERY PRELIMINARY FROM DEUTERIUM!!
γ + p (n) →π 0 (η) + p (n)
2 Inv. Mass % Proton Miss. Mass
Zoom on π 0
Zoom on η
VERY PRELIMINARY FROM DEUTERIUM!!
γ + n (p) →π 0 (η) + n (p)
3 Clusters in BGO: 2 Cl. with Mult>=3 (candidate photons)
+ 1 Cl. With Low Mult<3 (candidate neutron)
2 Invariant Mass
2 Inv. Mass % Neutron Miss. Mass
Neutron Missing Mass
VERY PRELIMINARY FROM DEUTERIUM!!
γ + n (p) →π 0 (η) + n (p)
2 Inv. Mass % Neutron Miss. Mass
Zoom on π 0
Zoom on η
STUDI IN CORSO
- Inefficienza del barrel 
solo una barra è molto inefficiente (cambiata a
Febbraio 2015)
studi sulla possibilità di clusterizzare due barre
- Studi di allineamento dei rivelatori in avanti
basati sul confronto tra la traccia rivelata e la
particella mancante ricostruita dal BGO
- Studi sulla massa invariante nel BGO quando il
protone è forward (e quindi i fotoni sono
backward)
- Studio del decadimento → 6 
Fotoproduzione di η' su protone a GRAAL
E' stato scritto un articolo sull'analisi dei dati GRAAL
per la reazione:
γ p → η' p
L'articolo è già su ArXive e verrà a breve
sottomesso a EPJA come lettera.
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15
CONCLUSIONI SU BGO-OD
L'esperimento è stato quasi interamente installato ed è funzionante
L'ultimo rivelatore mancante, l'MRPC, sarà installato ad Aprile 2015.
Il fascio è polarizzato linearmente
I rivelatori funzionano anche in presenza di campo magnetico
E' terminato il commissioning di quasi tutti i rivelatori.
Giugno 2015 ⇒ prima presa dati con il rivelatore completo
Vorrei ringraziare la CSNIII per il supporto dato alla nostra sigla in tutti questi
anni e soprattutto i nostri referees, Lorenzo, Jenny e Alessandra, con i quali
abbiamo sempre lavorato in ottimo rapporto di collaborazione e reciproca fiducia.
GRAZIE!
R. Di Salvo - CSNIII - 30/03/15