Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Fizyki UW

Transkrypt

1 Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Fizyki UW Spotkanie plenarne FiTAL 18 czerwca Warszawa FiTAL 1

2 Główne kierunki działalności Projekt Liniowego Kolajdera Fotonowego (PLC) fizyka bozonu Higgsa, łamanie CP ścisła współpraca z IFT symulacja wiązek kolajdera fotonowego (świetlność, tło wiązki) Warszawa FiTAL 2

3 Higgs CP properties MSSM results Results for M A = 300 GeV Circular laser polarization, P C = 0% P L = 0 #events 200 H bg We can not distinguish between H and A measurement of 0 σ tot = σ H + σ A W corr [GeV] Need for linear photon polarization Corrected invariant mass distributions New results with all backgrounds included! A.F.Żarnecki H and A discrimination with linear photon polarization 7

4 Results M A = 300 GeV Linear laser polarization, P L = 0% Number of events per 5 GeV bin σ/σ =11.0% H+A signal M A =300 GeV Parameter set I tgβ= 7 Background: bb (g) cc (g) W + W uu,dd,ss τ + τ Number of events per 5 GeV bin σ/σ =23.1% H+A signal M A =300 GeV Parameter set I tgβ= 7 Background: bb (g) cc (g) W + W uu,dd,ss τ + τ W corr [GeV] W corr [GeV] Lower luminosity at M A, lower J z = 0 contribution signal down by 40% Higher J z = 2 contribution no background suppression background up by 90% Selection cuts differ!!! A.F.Żarnecki H and A discrimination with linear photon polarization 12

5 Results M A = 300 GeV Results expected after 3 1 years of PLC running σ/σ 0 2 σ = σ 0 [ 1 + (2f-1) <P γγ L > ] H (f=1) σ 0 /σ 0 = 9% 1.5 A (f=0) f = 28% significance 3.6 σ <P 1 P 2 cos2 φ> σ corresponding to MSSM parameter set I A.F.Żarnecki H and A discrimination with linear photon polarization 14

6 Magnetic field Transverse profile of the beam 3 m from interaction point, 34 mrad crossing angle. Uniform magnetic field in the detector assumed: y [mm] Left going beam x [mm] Magnetic field deflects both beams in the same direction! y [mm] B=4 T Right going beam x [mm] (plots above: up) One beam (left) is moved towards and the other (right) from the nominal beam axis A.F.Żarnecki Photon Collider beam simulation with CAIN 6

7 Główne kierunki działalności Projekt Liniowego Kolajdera Fotonowego (PLC) fizyka bozonu Higgsa, łamanie CP ścisła współpraca z IFT symulacja wiązek kolajdera fotonowego (świetlność, tło wiązki) Projekt detektora wierzchołka dla ILC współpraca w ramach EUDET/JRA1 Modelowanie działania i propozycja geometrii teleskopu Budowa środowiska do analizy danych, przygotowanie dedykowanego algorytmu dopasowywania torów. Przygotowanie programu symulacji teleskopu Symulacja geometrii detektora wierzchołka (P.Łużniak) Testy i symulacja działania detektorów krzemowych typu MAPS (Ł. Mączewski) Warszawa FiTAL 2

8 Testowane układy typu MIMOSA Minimum Ionizing MOS Active pixel sensors MIMOSA-5 4 podmacierze po piksli (17 17 µm2 ) Cz estos c odczytu MHz Grubos c warstwy epitaksjalnej 14µm Odczyt kaz dego piksla oparty jest na 3 tranzystorach MIMOSA-18 4 podmacierze po piksli ( µm2 ) Cz estos c odczytu MHz Grubos c warstwy epitaksjalnej 14µm Odczyt kaz dego piksla wykorzystuje diody self-bias odciecie piedestałów na poziomie elektroniki (Ł. Maczewski/Uniwersytet Warszawski) / 25

9 Układ eksperymentalny Testy przy użyciu wiazek elektronów Wiazki elektronów: DESY 1-6 GeV BTF Frascati MeV Teleskop pozycji (Tele) w DESY - 6 płaszczyzn paskowych detektorów krzemowych (Ł. Maczewski/Uniwersytet Warszawski) / 25

10 Pomiary kształtów klastrów w detektorach MIMOSA θ = 0, φ = 0 θ = 60, φ = 0 θ = 78, φ = 38 Wraz ze wzrostem kata pomiędzy torem czastki a wektorem normalnym do powierzchni detektora (kat θ) rośnie wydłużenie klastrów Obserwuje się również wzrost rejestrowanego sygnału: od 800 e dla θ = 0 aż do 4000 e dla θ = 75 Rozkład ładunku w klastrze umożliwia określenie orientacji klastra względem siatki piksli (kat φ) Rekonstrukcja kata φ może pomóc w redukcji tła od czastek niskoenergetycznych (Ł. Maczewski/Uniwersytet Warszawski) / 25

11 Pomiary kształtów klastrów w detektorach MIMOSA Rekonstrukcja katów θ i φ c θ = 78, φ = 38 σ φ [deg] MIMOSA-5 (6 GeV e ) - MIMOSA-18 (5 GeV e ) Θ [deg] Dla silnie wydłuzonych klastrów (θ > 55 i θ > 35 odpowiednio dla MIMOSA-5 i MIMOSA-18) można zrekonstruować kat φ z precyzja σ φ < 15 (Ł. Maczewski/Uniwersytet Warszawski) / 25

12 Pomiary dla różnych katów natarcia wiazki elektronów Motywacja fizyczna - wyniki symulacji Monte Carlo Symulacje P. Łużniak, e + e Zh ( Pythia) i tło beamstrahlung ( Guinea Pig) Energia w środku masy 500 GeV, świetlność 500 fb 1 Prezentowane wyniki dotycza pierwszej warstwy VXD (Ł. Maczewski/Uniwersytet Warszawski) / 53

13 Model formowania sygnału w detektorach typu MAPS Izotropowa dyfuzja ładunku w obszarze aktywnym detektora Ładunek rozpływa się pomiędzy sasiaduj ace ze soba piksle - powstaje klaster Ładunek powstały w wyniku jonizacji jest rozmieszczany w pikselach zgodnie ze wzorem: q(r) = dω ( 4π exp R ) λ Współczynnik atenuacji λ jedyny swobodny parametr w modelu wyznaczony na postawie dopasowania wyników symulacji Monte Carlo do danych eksperymentalnych: najlepsze dopasowanie λ 45 µm (Ł. Maczewski/Uniwersytet Warszawski) / 25 (3)

14 Porównanie wyników symulacji z danymi Krotności piksli w klastrze Average pixel multiplicity S/N > 3 Monte Carlo Exp. data Average pixel multiplicity S/N > 5 Monte Carlo Exp. data θ [deg] θ [deg] (g) S/N > 3 (h) S/N > 5 Zaproponowany model formowania sygnału w detektorach typu MAPS zapewnia bardzo dobry opis danych eksperymentalnych Przedstawiona metoda sumulacji odpowiedzi detektorów typu MAPS jest prosta i szybka (Ł. Maczewski/Uniwersytet Warszawski) / 25

15 Residuals Fit residua distribution for middle layer. Results EUDET simulation DESY 6 GeV Plane shifts and rotations included MAPSDigi missalign+tilt events Mean 6.676e 06 RMS χ 2 / ndf / 3 X e 06 ± 7.596e 06 Gauss σ ± Gauss N 2472 ± 8.2 Mean 1.692e 05 RMS χ / ndf / 5 X e 06 ± 7.785e 06 Gauss σ ± Gauss N 2425 ± 8.0 events Mean 3.779e 06 RMS χ 2 / ndf / 93 X e 06 ± 5.934e 06 Gauss σ ± Gauss N 3865 ±.6 Mean 4.796e 07 RMS χ 2 / ndf / 93 X e 06 ± 5.808e 06 Gauss σ ± Gauss N 3907 ± X Y [mm] X Y [mm] Realistic geometry description is crucial! A.F.Żarnecki A New Simulation Tool for EUDET JRA1 13

16 Eta correction Results Results presented so far: without eta correction First plane used as DUT, fit to remaining four layers Position shift in first layer, as a function of CoG position w.r.t. pixel center: Data Position shift X [mm] MAPSdigi Position shift X [mm] X X pixel [mm] X X pixel [mm] A.F.Żarnecki A New Simulation Tool for EUDET JRA1 15

17 VXD simulation Future plans The main goal of TDS development is to simulate VXD performance at ILC. First results for VXD05 configuration (3 2 layers), ILD 00fw detector model Guinea Pig pair background, nominal machine parameters Occupancy - fraction of pixels above threshold, per 1 BX (perpendicular MIP 00 e) Pixel size = 15 um (various thresholds) LayerID = 1 (various thresholds) Occupancy 5 6 Threshold [e]: Occupancy Threshold [e]: Layer ID Pixel size [um] P.Niezurawski

18 Hit position resolution in r Entries 243 Track direction resolution in eta Entries 3888 Mean e-05 Mean 2.074e-06 RMS RMS Integral e+04 Integral Rxy [mm] η Hit position resolution in phi Entries 243 Track momentum resolution Entries 3684 Mean e-06 Mean RMS RMS Integral 2.408e+04 3 Integral R xy φ [mm] (1/p ) 0.02 [GeV ] T

19 Główne kierunki działalności Projekt Liniowego Kolajdera Fotonowego (PLC) fizyka bozonu Higgsa, łamanie CP ścisła współpraca z IFT symulacja wiązek kolajdera fotonowego (świetlność, tło wiązki) Projekt detektora wierzchołka dla ILC współpraca w ramach EUDET/JRA1 Modelowanie działania i propozycja geometrii teleskopu Budowa środowiska do analizy danych, przygotowanie dedykowanego algorytmu dopasowywania torów. Przygotowanie programu symulacji teleskopu Symulacja geometrii detektora wierzchołka (P.Łużniak) Testy i symulacja działania detektorów krzemowych typu MAPS (Ł. Mączewski) Pozycjonowanie elementów akceleratora liniowego (LICAS: Linear Collider Alignment and Survey) Warszawa FiTAL 2

20 G.G. (IFD UW) Pozycjonowanie ILC/ILD, projekty LiCAS/RTRS, LUMI-CAL 2 LiCAS/RTRS: Za lożenia, g lówne wyniki zastosowanie nowoczesnych metod optycznych (FSI: Frequency Scanning Interferometry i LSM: Laser Straightness Monitor) do wyznaczenia uk ladu odniesienia w tunelu liniaca ( 2 15km) pomiar w pe lni zautomatyzowany przy pomocy samobieżnego urzadzenia poruszajacego si e wzd luż sciany tunelu (train RTRS) (wieksza precyzja, szybszy pomiar, niższe koszty w porównaniu z metodami klasycznej goedezji) Uzyskane rezultaty (proof of principle): konstrukcja prototypu (3 modu ly pomiarowe), oprzyrzadowanie optyczne (FSI, LSM) wraz z oprogramowaniem sterujacym i elektronika odczytu+daq oraz programami do analizy danych (Oxford) budowa cz eści mechanicznej, nap ed, infrastruktura tunelu testowego (DESY) model matematyczny, symulacje numeryczne (geometria, optyka ray tracer, rekonstrukcja pozycji), model propagacji b l edów statystycznych i systematycznych - podejście analityczne i Monte Carlo (Warszawa)

21 G.G. (IFD UW) Pozycjonowanie ILC/ILD, projekty LiCAS/RTRS, LUMI-CAL 3 LiCAS/RTRS: Niestety... Wspó lpraca nie b edzie kontynuowana z powodu radykalnej redukcji budżetu dla prac nad ILC w UK (w dajacej si e przewidzieć przysz lości). W wariancie optymistycznym reaktywacja projektu w razie zmiany polityki STFC (Science and Technology Facilities Council). Fragmenty dokumentów STFC (Delivery Plan) do roku 2011: We will cease investment in the International Linear Collider. We do not see a practicable path towards the realisation of this facility as currently conceived on a reasonable timescale. (...) However, we will continue to invest in generic accelerator R&D that will be applicable to future lepton colliders. Skutkiem powyższej decyzji (a także korekty budżetu w DESY) projekt LiCAS/RTRS nie zosat l zatwierdzony do realizacji w tunelu lasera na swobodnych elektronach XFEL w DESY, który to projekt mia l stać si e jego poligonem doświadczalnym Uniwersytet w Oxfordzie nawi aza l wspó lprac e z instytutem metrologicznymy w Niemczech (Monachium) w celu industrializacji/komercjalizacji technologii FSI/LSM rozwinietych przy projekcie LiCAS

22 G.G. (IFD UW) Pozycjonowanie ILC/ILD, projekty LiCAS/RTRS, LUMI-CAL 4 II. Wspó lpraca z IFJ-PAN Kraków (projekt LUMI-CAL) dok ladny pomiar świetlności akceleratora ILC wymaga bardzo precyzyjnej znajomości pozycji (i jej monitorowania w czasie) detektora LUMI-CAL (rz edu kilkudziesieciu mikronów) rozważa si e budow e zintegrowanego optycznego systemu pozycjoinowania wspólnego dla wszystkich wewn etrznych detektorów (Micro-Vertex, LUMI-CAL, BEAM-CAL, itp.) wykorzystanie umiej etności zdobytych przy projekcie LiCAS/RTRS: Pierwsze wyniki: przewidywana precyzja rekonstrukcji pozycji i k atów modu lów LUMI-CAL wzgl edem rury akceleratora (8 INT, 4 EXT FSI lines per LUMI-CAL module) optyczne metody pomiarowe, technologia FSI (testy laboratoryjne) oprogramowanie do symulacji precyzji (propagacja b l edów) i rekonstrukcji pozycji

23 Grupa warszawska IFD UW J.Ciborowski, G.Grzelak, P.Nieżurawski, A.F.Żarnecki IPJ M.Adamus UŁ P.Łużniak Współpraca międzynarodowa: IReS Strasbourg, DESY Hamburg Finansowanie: Testy na wiązce finansowane ze środków TA Działalność bieżąca finansowana w ramach Projektu Specjalnego MNiSW (związanego z projektem EUDET) Warszawa FiTAL 3

24 Plany Grupa warszawska Uruchomienie i testy MAPSDigitization W ramach MarlinReco/VTXDigi Symulacja działania detektora wierzchołka typu MAPS b-taging, wpływ tła Udział w testach detektorów prototypowych współpraca z IReS w ramach AIDA Główny problem: menpower Warszawa FiTAL 4