Il detector complessivamente consiste in un complesso di 2mila ton semovente, considerando separatamente la zona centrale e la zona fwbw del rivelatore è fatto rispettivamente da:
Successivamente è stato aggiunto subito nei pressi del bunch crossing un rivelatore al silicio per la determinazione della posizione del vertice e di vertici secondari, e ulteriori camere muoniche nel cilindro e avanti-dietro.
Il giogo di acciaio forma una grande scatola 9.4 x 7.6 x 7.3 m che supporta la bobina superconduttrice di Ø = 3m e l = 5m e i calorimetri terminali avanti/dietro, mentre il calorimetro centrale, composto da 48 moduli a forma di cuneo sono assemblati in 4 archi autosupportanti posati sulla base del gioco.
$\theta_s$ è l'angolo polare misurato dal fascio p/antip.
L'obiettivo di base di CDF è misurare energia e momento delle particelle prodotte nelle collisioni e quando possibile identificarle, coprendo la più larga frazione possibile del totale angolo solido. La strategia è ricoprire la zona di interazione con strati di differenti componenti rivelatrici. In sequenza ci sono: il silicon microstrip vertex detector, camere traccianti per le particelle cariche, calorimetri, e rivelatori muonici. Lo spazio delle fasi per collisioni adroniche energetiche è ben descritto dalle variabili rapidità y, momento trasverso pT e angolo azimutale TODO vedere bene quale angolo è, segliendo un layout delle componenti del detector a simmetria cilindrica abbastanza uniforme in pseudorapidità $\eta$ e azimuth $\phi$
The pseudo-rapidity $\eta$, is defined by $\eta := -ln(tan \theta /2)$, where $\theta$ is the polar angle measured from the proton beam direction; $\phi$ is the azimuthal angle. CDF uses a conventional right-handed coordinate system with $x$ out of the Tevatron ring in the horizontal plane, $y$ vertical, and $z$ in the proton direction. Forward refers to the proton direction (positive $z$ and $\eta$). In the text where the angular coverage of systems is given we use $\theta_s$ to measure the angle from either the proton or anti-proton beam, as the detector is forward/backward symmetric.
Consideriamo i sistemi che ricoprono l'accettanza del calorimetro (angoli maggiori di 2° rispetto alla direzione del raggio in simmetria cilindrica). Ci sono quattro sistemi di tracciamento separati in CDF:
Volume cilindrico di deriva con un elettrodo centrale e cavi planari ai due capi. Elettroni dalla ionizzazione derivano verso gli endplates lungo il campo elettrico. La loro carica è registrata da un sistema proporzionale di cavi che sono accoppiati capacitamente con dei pads catodi di readout. Si ha così una misurazione 3d delle coordinate r e $\phi$ dalla posizione del pad, z dal tempo di deriva.
Otto piccole camere vertex time projection a sempre cuneiforme che complessivamente fanno una struttura a ottagono, che tracciano particelle a angoli maggiori di 3.5°, e danno un buon puntamento nella direzione $\theta$. Sono montate end-to-end lungo la direzione del fascio, per una lunghezza complessiva di 2.8 metri, che copre bene la regione di interazione di circa 35cm. La camera comprende circa 3000 cavi sensori per la misura delle coordinate in $r$ e $z$. Prima c'erano pure circa 3000 pad catodici per le misure delle coordinate nel piano $R-\phi$, che sono stati eliminati per ridurre massa e surriscaldamento dall'elettronica allegata.
$r$ è la distanza radiale dal fascio, $z$ è quella lungo il fascio partendo dal centro del detector.
Ogni modulo ha una griglia centrale ad alto voltaggio che lo divide in due regioni di deriva di 4 cm. Alla fine di ogni regione di deriva c'è la struttura a contatore proporzionale arrangiata in ottanti, con ogni ottante dotato di cavi sensibili anodici. I 18 moduli centrali di VTX hanno 16 cavi sensori per ottante. I 10 moduli rimanenti sono con 24 cavi.
Ci sono due tipi di fili. I più sottili sono chiamati sensori e prelevano "a cascata" gli elettroni dalla particella ionizzante. I più spessi sono chiamati "field", hanno lo scopo di creare una differenza di voltaggio che mandi un elettrone flottante verso il più vicino cavo sensore e attraggono anche i ioni positivi. I field hanno quindi un voltaggio più alto dei sense e sono responsabili del campo elettrico che fa muovere e- e ioni+ (Note: The positive ions do not actually move toward the field wires, but a positive ion will attract an electron from its neighbor, and so on down the line, effectively creating a wave of ion production.)
Il gap di drift piccolo e un campo di drift alto riducono sensibilmente le distorsioni degli ioni positivi. Il gap di 4 cm implica che il VTX, a causa dela velocità di deriva dei gas usati, è sensibile a due crossing contemporaneamente. Moduli alternati di VTX sono ruotati di 11° in $\phi$, in modo che le tracce di VTX possono essere matchata con segmenti $r-\phi$ di CTC nella regione plug migliorando la risoluzione del CTC (circa 2.5mm).
L'area attiva della camera si estende da R=6.8 cm a 21 cm. Dato che le particelle che passano per il calorimetro e le altre camere traccianti per prima passano dal VTX si è cercato di minimizzare il più possibile la massa del VTX per ridurre scatterings.
L'accuratezza spaziale di VTX è circa 0.2mm a 90°. La risoluzione nella posizione del vertice è circa la stessa a causa dei scattering multipli in SVX.
Prima di mettere SVX c'era la prima versione del VTPC. L'integrale di cammino in lunghezze di radiazione di VTX e SVX combinati è il 50% maggiore di prima nella zona centrale, e più o meno lo stesso nella plug region.
Misurano l'energia di particelle cariche e neutre provenienti dal centro, che impattano nel materiale denso di cui sono composti
Quello centrale è fatto di 48 cunei arrangiati in cerchio subito dopo il solenoide. Ogni cuneo consiste di una parte calorimetrica EM e una parte adro, e alla fine ha le camere muoniche. Lo strato di cunei calorimetrici va dal solenoide allo scudo d'acciaio.
Le camere muoniche subito dopo il calorimetro soffrono molto del punchthrough delle particelle che non vengono fermate, per questo sono stati aggiunti ulteriori strati di camere muoniche subito dopo lo scudo d'acciaio; inoltre la copertura di solo queste camere è limitata, per questò è stato aggiunta un'estensione V paragrafo camere muon
A CDF sono state usate guide di luce (plastiche, con coating riflettente suelle superfici) per trasmettere i segnali luminosi dagli scintillatori del calorimetro ai tubi fotomoltiplicatori, i quali ottengono un segnale elettronico e lo mandano in readout
I jets elettromagnetici, e sopratutto quelli adronici (in particolare per quanto riguarda il ricostruirli completamente) sono molto importanti, per cui è stata usata una geometria a torre per dare il maggior spazio di interazione fattibile. La copertura complessiva delle torri calorimetriche nello spazio $\eta-\phi$ è quasi completa tra $0° < \phi < 90°$ e $0 < \eta < 4.2$ (con la parte finale oltre 4 che ha una copertura minore in profondità a causa dei quadrupoli a basso beta CHE AZ SONO? TODO); la parte centrale ha risoluzione in $\phi \sim 15°$ e $\eta \sim 0.1$, mentre endplug e forward/backward calorimetri in $\phi \sim 5°$ e $\eta \sim 0.1$. Una singola torre spazza 24.1 cm in $\eta$ e 46.2 cm in $\phi$ ma che az vuole dire!?! TODO nella zona centrale, mentre 1.8 x 1.8 cm in quella fw/bw.
Ogni torre ha sia il contatore per lo shower EM, sia il corrispondente calorimetro adronico, in modo da poter fare confronti dettagliati le energie dei due tipi di segnale nella stessa torre. Come vedremo oltre alle distinzione EM-Adro, in CDF ci sono due tipi di calorimetri, basati su scintillatori e a gas. La calibrazione di ogni cuneo basato da scintillatori è stata fatta usando elettroni e pioni carichi da 50 GeV in un fascio di test, oltre a raggi cosmici con muoni. È stata controllata anche la riproducibilità della misura controllando variazioni di breve e lungo periodo nel guadagno dei scintillatori e fotomoltiplicatori (con sistemi di controllo vari), le quali sono risultate sotto il 2% in un periodo di alcuni mesi nell'88, non so dopo. NB: le variazioni di guadagno dei calorimetri gasbased sono dovuti a variazioni in P e T del gas, o da variazioni della sua composizione, il tutto monitorato.
This section of the calorimeter is designed to stop leptons and record their energy. It consists of alternating layers of lead and scintillator; the lead stops the particles, and the scintillator picks up the energy they deposit.
Risoluzione spaziale di $\sim$2mm su tutto l'angolo solido. La segmentazione in profondità per ogni torre del contatore centrale (cioè tra $0<|\eta|<1.1$) consiste in un singolo sample complessivo, con misura addizionale dello shower con alta risoluzione trasversa usando una camera proporzionale posizionata a profondità di 6 $\lambda_{rad}$. Nella regione endplug ($1.1<|\eta|<2.4$) la misura in profondità è fatta con tre campionamenti, integrando su 3.8, 14.2 e 3.0 $\lambda_{rad}$WAT MA COME 3 viene dopo 3.8 e 14? TODO. Ogni piano di cavi, 34 in tutto è anche digitalizzato da quadranti, dando un profilo dettagliato dello shower in aggiunta ai tre campionamenti in profondità, compresi elettroni e fotoni isolati. La ragione fw/bw ($2.2<|\eta|<4.2$) ha due segmenti di profontià, ognuno integrando su 12 $\lambda_{rad}$. Come nella regione plug, i piani di cavi a ogni profondità sono readout per informazioni del profilo, ma con 5 regioni separate per quadrante cosa è quadrante? TODO.
This section of the calorimeter is designed to stop hadrons passing through it and record the energy they carry. It consists of alternating layers of steel and scintillator; the steel stops the particles, while the scintillator catches the remaining energy and sends it off to be recorded.
Consiste in lastre di acciaio alternate con detector attivi: scintillatori plastici nella regione centrale, camere proporzionali a gas nelle regioni plug e fw/bw. Ha una suddivisione della copertura leggermente diverso da quello EM, a causa della geometria del solenoide che quello adro si ritrova subito adiacente ma quello em no. Nella zona centrale il calorimetro adronico consiste nella porzione adronica delle torri calorimetriche nei cunei, con in più torri addizionali nel "muro finale" attaccati al giogo TODO ?. In tutto la copertura del calorimetro centrale è $0<|\eta|<1.3$, quello in zona endplug $1.3<|\eta|<2.4$, quello fw/bw $2.3<|\eta|<4.2$. Tutti i calorimetri hanno solo una raccolta in profondità, mentre quelli in plug e fw/bw hanno i cavi in ogni piano per quadrante digitalizzati individualmente, per fornire info sul profilo degli shower. TODO da ciò che capisco centrali sono sempre scintillatori, enplug (che ancora non ho capito dove è) e fwbw sono camere proporzionali a gas con cavi. Sia EM che adro Perché questo? Perché quelli a gas hanno bisogno di essere trattati separatamente per avere dettagli nel profilo degli shower e quelli a scintillatori no?
This part of the detector measures the location of and energy deposited by muons, the only particle (with the exception of the neutrino) that has largely escaped detection. Most of the muon chambers are located on the outskirts of the detector, behind two feet of steel shielding designed to stop all particles except muons.
Lo schema generico delle camere a muoniche, per ogni detector indivuale, è diviso in due parti: una camera a deriva che misura la posizione del muone (in più strati tipicamente di 2.5x15cm), e uno o due strati di scintillatori plastici che danno una misura accurata dell'istante in cui il muone attraversa il rivelatore.
I muoni visti dalle muon chambers sono matchati con il FTC e il VTX (anche con il SVX?). I sistemi muonici di CDF sono due alla costruzione e altri due aggiunti nel '92, dato che nelle zone intermedie tra regione centrale e fw/bw la copertura era fallace (per il punchthrough centrale) e parziale. L'upgrade consiste in una copertura angolare estesa nella regione $0.65 < |\eta| < 1$, più un secondo strato di detector dietro un addizionale strato di acciaio nella regione $|\eta| < 0.65$. Il sistema di trigger è interlacciato con gli altri sistemi.
Il motivo che ha portato all'upgrade è sia aumentare l'accettanza dei muoni, sia diminuire il rate di trigger fake, diminuendo il background da punchthrough. Infatti per esempio con il decadimento del top da 170 GeV solo il 55% dei leptoni cade entro il CMC in $\theta$ e solo il 25 di quelli che decadono da bottom. Quindi se mancano zone la percentuale di muoni persi non è trascurabile. Non solo, con solo 5.4 lunghezze di assorbimento per il pi TODO chiarire perché importante questa lunghezza e non la generica lunghezza di radiazione, circa 1/220 adroni passano dritti attraverso il calorimetro senza interagire, andando a fakare un muone.
In the future, the beam-crossing period will be reduced to be less than the maximum drift time in the CMP and CMX drift chambers. The scintillator paddles adjacent to the drift chambers in both regions will allow determination of the beam crossing from which muon candidates originate.
Nella zona centrale ogni cuneo contiene 4 strati di camere muoniche, alla fine di ogni sezione calorimentrica.
Le camere misurano quindi 4 punti lungo la traiettoria del muone, con un'accuratezza di 0.25mm per punto, nella direzione $/phi$, mentre la precisione nella divisione di carica è di 1.2mm per punto nella direzione z. Le camere coprono la regione angolare $55°<\theta<125°$.
Tuttavia la copertura media dell'apparato nella regione centrale è solo l'84%, a causa dello spazio tra le camere ai confini in $\phi$ dei cunei e del confine tra gli archi a $\theta=90°$.
Il sistema è efficiente al 100% per rivelare i muoni nel suo angolo solido, solo quando il momento del muone è OLTRE i 3 Gev/c. I muoni sono matchati sia in posizione che in angolo con le tracce del CTC. Come ogni traccia ad alto momento nel CTC, le CMC hanno risoluzione $\delta p_T/p_T^2 < 0.002 (Gev/c)^{-1}$ corrisponde a 2 mev/c^-1?
La misura del pT della traccia viene fatta grazie alla posizione leggermente sfalsata-alternata dei quattro strati della torre muonica. Cioè i fili sono lungo z, due camere puntano radialmente all'asse e due sono leggermente sfalsate. Il campo magnetico sotto è lungo l'asse e provoca che le particelle cariche vengano deviate lungo phi. Grazie allo sfalsamento delle camere muoniche puoi vedere la differenza di tempo di arrivo rispetto alla traccia radiale e avere una misura del p dalla deflezione della traccia nel campo magnetico della particella che poi uscita dal solenoide è continuata diritta.
Consiste in un largo toroide magnetizzato di acciaio con piani di camere a deriva e contatori a scintillazione triggeranti. Copre la regione $4°<\theta<17°$. Ogni spettrometro contiene un toroide di 1m di spessore, 7.8 di diametro, di 400 ton. Forma una ciambella con il raggio interno di quasi 1m. Quattro bobine eccitano i toroidi per produrre un campo magnetico che al raggio interno è di 2T e a quello esterno e di 1.6T.
La traiettoria dei muoni è misurata da 3 strati di camere proporzionali, composte da due strati leggermente sfalsati di una 50ina di celle l'una con i fili di acciaio anodici e 15 pad catodici condivisi da più celle.
La misura del pT viene fatta con il bending del campo magnetico toroidale. Ha accuratezza sulle $\phi$ di 5° e di circa 0.2mm nella direzione radiale. Due ulteriori strati di contatori a scintillazione forniscono l'informazione del triggering.
La regione angolare coperta da ogni spettrometro è dai 3° ai 16° rispetto alla linea del fascio. Per muoni con momento totale (non solo tras! NB $p_T = psin\theta$) sopra 8GeV, la risoluzione sul momento è del 13%, indipendentemente dal valore del momento.
La regione coperta dalle camere muoniche centrali era a lunghezze di radiazione abbastanza piccole tra essa e il vertice. Questo presentava problemi sia con il trigger rate sia con la ricostruzione degli eventi dominato da punch-through adronico pertanto l'identificazione di eventuali muoni in o nei pressi di un jets era compromessa. CMU da solo era limitato dalla necessità di fare tagli su momento e energia per ridurre il BG, ma con CMP si possono studiare processi più soft e più densamente popolato.
Inoltre la geometria preesistente aveva una copertura copertura azimutale al 76% e quella in $\eta$ era incompleta, tra il 65% at the horizontal and vertical axes to 0.52 at the corners of the rectangle NON HO CAPITO TODO.
A questo è servito il CMP, consistente in 60cm addizionali di acciaio dietro il muon sistem antico, seguito da una secondo set di camere a muoni nella regione $55°<\theta<125°$. L'acciaio riduce il bg da punchthrough di un fattore 20, diminuendo anche il bg da decadimenti dei $\pi$ e dai K di pi e K carichi (+ il $K^0_L$)in muoni o in generale? non ho capito perché riduce questo bg, nella regione $|\eta|<0.6$ l'assorbimento con l'acciaio aggiunto passa da circa 4.5 a quasi 8 (media su azimuth).
Le camere sono a lunghezze fissate in z e formano una scatola attorno al detector centrale. Le singole camere sono dei tubi a deriva con singolo cavo e strisce catodiche di field shaping sopra e sotto (come i cavi), configurate in 4 strati di circa 5 cm di spessore, con una disposizione semialternata. La lunghezza del tubo è sui 640cm. Le singole celle hanno dimensioni 2.5x15cm e con un tempo di drift massimo di $\sim1.5\mu s$.
A un capo degli stacks ci sono dei preamp, i segnali sono letti fuori da un singolo TDC che è? TODO per ogni cavo, trigger hits sono formati dalle coincidenze con i cavi vicini
Le camere a deriva di CMP e CMX sono uguali, tubi rettangolari di alluminio 2.5cm x 15.25cm x 1.8-6.4 m TODO capire orientazione di sti tubi. I tubi hanno un singolo filo anodico di tungsteno placcato d'oro di 50 $\mu$m al centro, e strati di strisce catodiche field-shaping alle superfici alta-bassa a quanto ho capito ci sono anche delle strisce shaping laterali, con voltaggi decrescenti in steps di 375V verso fuori per avere un campo elettrico abbastanza uniforme nel volume di drift TODO Essendo lunghetti, al centro dei tubi i fili sono supportati da un impalcatura in PVC per non subire interazione grav ma sopratutto perturbazioni elettrostatiche.
I segnali sono presi dai cavi da un condensatore da 2.2 nF e preamplificati (messi in una scheda di frontend elecronics che serve 4 tubi di uno stack)
The CMP chambers on the North and South walls are backed by one layer of scintillators (CSP) counters, half the length and twice the width of a CMP drift tube so that two CSP counters cover two CMP stacks and give minimal longitudinal segmentation. Sono una 50ina su entrambi i muri N-S. For all counters, the phototubes are located near the z = 0 plane TODO non ho capito.
Praticamente il CMP non misura il momento del muone, ma serve solo per fare triggering e coincidenza grazie al fatto che ha lo strato di acciaio prima. Non avere geometria proiettiva significa che non puoi fare il giochetto delle camere che puntano all'asse: non hai la simmetria cilindrica per vedere le deviazioni in $\phi$. Il CMU usa angolo di deflezione del campo magnetico
Il gap in angolo polare tra 17° e 55° dell'originale sistema muonico era abbastanza pesante, essendo questa regione comunque molto importante per i decadimenti leptonici di particelle pesanti. Viene aggiunto il CMX, che copre le regioni tra $42°<\theta<55°$ a entrambi i capi del detector, con le camere montate a formare un tronco di cono, inclinato di 41.5°, coprendo 240° in azimuth (ci sono due gap, uno di 30° in alto a causa del Main Ring e, da un lato solo, del refrigeratore del solenoide, e uno di 90° in basso dove le sezioni coniche sono interrotte dal pavimento). Formato da un sistema di tubi a deriva sovrapposti parzialmente con il sistema muonico centrale. A questo si aggiunge CSX un sistema di contatori a scintillazione posizionati a ogni capo del detector centrale, usati per triggering. Estendono la copertura in pseudorapidità da 0.65 a 1. I tubi di CMX sono identici a quelli di CMP, eccetto per il fatto che sono lunghi 180cm. Il numero totale nelle due sezioni coniche è 12 tubi x 4 strati x 16 settori x 2 capi $\sim$ 1500. Il readout è affidato a 16 TDC di 96 canali e 16 schede per il trigger.
La produzione di particelle pesanti è pronunciata nella zona centrale, quindi è importante massimizzare l'accettanza e efficienza di trigger per muoni in quella regione. CMX aumenta l'accettanza per $W \rightarrow \mu \nu_\mu$ del 50%, per $t\bar{t} \rightarrow \mu +jets$ e per mu prodotti dai decadimenti di adroni con b figli del t del 25% entrambi rispetto al solo sistema mu centrale.
Uno strato composto da 4 contatori a scintillazione (CSX), installato sia dentro che fuori le superfici del CMX. I contatori sono leggermente trapezoidali, lunghi 180cm come i tubi e con uno spessore $\sim 30 cm$. I contatori tra dentro e fuori sono sfalsati di metà cella, per aumentare la granularità. In totale ci sono 4 scintillatori x 2 superfici x 16 settori x 2 capi = 256. I fotomoltiplicatori dei counters interni e esterni sono posizionati ai capi opposti degli scintillatori per ottimizzare la risoluzione sulle misure di timing.
The counters are read out by single phototubes that are located on opposite ends for the inside and outside layers. This means that the mean time of a signal in the two layers is independent of the location of the associated track along the length of the counters. This results in excellent time resolution which is very useful in rejecting muon candidates coming from sources other than the interaction point. TODO NON CAPITO
The innermost layer of detection equipment in the CDF detector. Its purpose is to give a precise measurement of the position of each charged particle that passes through it.
Un rivelatore di vertici a microstrisce di silicio. Permette identificazione di vertici secondari da particelle dalla vita lunga $\tau \approx 10^{-12}s$, come in particolare i mesoni B prodotti direttamente nella collisione (bg di top) o dal decadimento di quark top. L'operazione di mettere un rivelatore subito tra VTX e vertice di interazione, così vicino a esso impone rigide richieste e forza certe scelte di design:
SVX consiste in due moduli a barile, piazzati endtoend rispetto al punto nominale di collisione, e i cui assi coincidono con quello del fascio. Ogni barile consiste in 4 strati cilindrici concentrici piazzati alle distanze tra 2.7 (più vicino non si può: c'è il tubo) e 7.9 cm dalla linea del fascio. I detector a microstrisce di silicio sono lunghi 8.5cm e spessi 0.3 mm. La larghezza del modulo di microstrisce aumenta con l'aumentare del raggio, per fornire una geometria a cuneo che punti verso il fascio. La struttura primaria del rivelatore è il ladder formata da: tre microstrisce di silicio, tenute assieme da schiuma rohacell è un supporto in fibra di carbonio, con ai capi una scheda di readout di ceramica (ear card) e a un ibrido passivo. All'interfaccia tra i "pezzi" di silicio, fili connettono le strisce tra rivelatori adiacenti. Le strisce corrono lungo la lunghezza dei ladder e forniscono il tracciamento nel piano $r-\phi$. Praticamente nel bulk di silicio si forma la traccia e poi gli elettroni driftano verso le strisce in alto e vengono letti. La lunghezza effettiva di un ladder è di 25.5 cm, i ladder sono arrangiati in icosaedro, con una sezione di 30° che viene chiamata cuneo; ogni ladder è rotato di 3° sulla sua lunghezza in modo da avere overlap tra ladder adiacenti e per minimizzare gap azimutali ai bordi. Il numero totale di ladder è di 12 cunei x 4 strati x 2 capi = 96, 24 per ogni strato. Il sistema è raffreddato con acqua a 14°, per rimuovere il riscaldamento che viene dall'elettronica delle circondanti camere di tracciamento e tenere tutto l'SVX a 20°C. Necessario per evitare correnti leakage, che accadono quando si alzano le temperature, e minimizzare gradienti termici che vanno a far dilatare pezzi e alterano il delicato allineamento.
L'allocazione è stata fatta con accuratezza entro i 10$\mu m$. Misura con rapporto segnale/rumore di 15, con efficienza di hit >99\%. La risoluzione media sulla posizione è di $\sim 12\mu m$, e sul parametro d'impatto di 13$\mu m$ (praticamente domina il posizionamento, la strumentazione non introduce grossi errori).
Detto Beam-Beam Counter, è un sistema che consiste in 2 moduli, ognuno consistente in un piano di 16 contatori a scintillazione spessi 2.5cm. Sono arrangiati in 4 quadranti di 4 contatori l'uno, con 1 contatore che copre circa un $\Delta\eta$ di 0.7. Sono arrangiati in un rettangolo attorno al tubo del fascio e coprono una regione angolare tra 0.3° a 4.5° ($\Rightarrow 3.2 < \eta < 5.9$). I due piani sono messi a circa 1m dal centro del detector. Dei 4, 3 sono più grandi e hanno attaccati dei fotomoltiplicatori. Il più piccolo e interno siede direttamente sul tubo del fascio.
Il suo ruolo è quello di minimum bias trigger e monitor primario di luminosità; di misuratore di particelle dell'alone del fascio (se dovesse accadere che una particella dell'alone finisse nel calorimetro senza essere taggata, sembrerebbe una particella con P_T molto alto originata dal punto di interazione); di tempo di interazione. I contatori hanno risoluzione temporale sotto i 0.2ns. Con la misura di timing permette di dare una prima stima della posizione della zona di interazione entro 4cm. Il minimum bias trigger richiede almeno un conteggio in ogni piano entro una finestra temporale di 15ns centrata sul tempo del bunch crossing.
A questo sistema si aggiungono varie stazioni di rivelatori al silicio per studiare lo scattering elastico o particelle prodotte a angoli molto piccoli (entro 1°) a Tevatron dovevano tener conto di pile up e vertici secondari lungo il crossing? TODO
Luminosity Monitor proposal There are two components used in measuring the integrated luminosity: the live time and the instantaneous luminosity. The measure of live time will be kept in the Level-0 decision crate. In previous CDF runs the primary measure ofluminosity has been the beam-beam counters. These will become less useful as the average number of events per crossing approaches $10^{30}$ per bunches on average. These will be augmented by four counter telescopes, each with an effective cross section of 0.4 mb, one-hundred times smaller than that for the present system (evitando così di aumentare il bg nei calo+em fwbw). The new monitors will be cross-calibrated with the BBC's at luminosities below $10^{30} cm^{-2}s^{-1}$. The BBC's will still retain the ability to tag halo particles associated with the incoming beam.
(storage e offline analisi?)
Tra tutti i singoli rivelatori, CDF ha circa 100mila canali elettronici. Solo la calorimetria richiede una grande porzione dinamica di readout elettronico a seconda del numero di elementi che "firano" e con che energia (0.01-100 GeV). Per gestire questo problema è stato sviluppato e adottato un sistema di front-end analogico crate-based chiamato RABBIT (Redundant Analog Bus-Based information Transfer). RABBIT consiste in 129 crates montati sul detector, che servono a tutti i calorimetri per un totale di circa 60mila canali sui 100mila totali. Dei 40mila restanti il grosso viene occupato dalle camere a deriva: il loro segnale viene shapato al detector e portato nella counting room da dei Fastbus.
RABBIT usa processori disegnati specificatamente per dirigere il readout. Il metodo di misura su cui è basato RABBIT consiste nel campionare due livelli di voltaggio per ogni evento, per evitare pile up e common mode noise CHE COSA È!? TODO: uno subito prima dell'interazione per stabilire un livello di riferimento e uno dopo. La differenza tra i livelli di voltaggio campionato è proporzionale al cambiamento integrato di segnale. Il timing di questo approccio, detto before-after sampling è ovviamente sincronizzato con il bunch-cross di Tevatron (3-6 bunch, cross ogni 7-3.5$\mu s Rightarrow 150-300 kHz$ di frequenza crossing)
A crate is box (chassis) that mounts in an electronics rack with an opening in the front facing the user. With electronics and support infrastructure commonly used for T&DAQ. Crates are common in detectors because all the electronic pathways are made by discrete physical cables connecting together logic blocks on the fronts of modules. This allows circuits to be designed, built, tested, deployed and removed too very quickly. The crate can contain a variety of instrumentation modules and is designed to be placed near the detector.
Quando i canali di RABBIT sono digitizati, sono letti fuori da scanners (MX) che si interfacciano con il sistema DAQ in Fastbus. Per quanto riguarda i sistemi di tracciamenti, la gran parte usa moduli commerciali Fastbus che vengono letti fuori da altri scanner intelligenti (SSP). Ogni scanner ha abbastanza buffer per 4 eventi e gestisce approssimativamente 1000 canali: ci sono cira 60 MX e 25 SSP. La rete Fastbus che comprende il sistema DAQ consiste in 53 crates, 16 segmenti di cavi e 66 moduli di interconnessione dei segmenti. Molti moduli Fastbus disegnati appositamente permettono abbastanza banda per trasmettere dati di ogni evento: per una dimensione nominale di un evento di 100KB, il DAQ legge fuori eventi a 20-30Hz nel trigger di livello 3.
Il readout è fatto principalmente da multi-channel preamplifier cards mounted on the chambers, Amplifier-Shaper-Discriminator (ASD) cards housed crates mounted around the detector, and TDC TODO che dannazione erano i TDC! 's outside the collision hall.
In CSX gli output dei fotomoltiplicatori sono connesso a discriminatori CAMAC con soglia a 30mV su tutti i canaliperché proprio 30? che significa? TODO. L'output poi va a dei meantimer e poi ai TDC. Le coincidenze sono formate usando ogni contatore interno e il rispettivo contatore esterno. Coincidenze e dati del meantimer vengno trasferiti al trigger. I meantimers servono per ridurre il background di particelle che non vengono direttamente dal vertice primario
CSX Meantimers The transit time for light along the length L of the counter is $Ln_s /c sin\theta_s \simeq 10 ns$, where $n_s$ is refractive index of the counter and $\theta_s$ is the mean propagation angle of light within the counter. The particle flux is constant over the length of the counters so that the arrival times are uniformly distributed over a 10 ns interval. Superimposed on this is a 2 ns jitter due to fluctuations in transit time. Because a muon passing near one phototube is necessarily far from the phototube of the other counter in the pair, the arrival times of the light from the inner and outer counters are anti-correlated. The meantime circuit removes the length contribution leaving a width dominated by the counter resolution and contamination from background particles arriving at the counters at different times. The meantimers narrow the timing distributions, allowing a tighter timing cut and thereby reducing the false trigger rate. The input signals are delayed in a way that effectively compensates for the propagation time in the counter.
La prima componente di interfaccia elettronica è un chip IC che lavora a frequenza di bunch cross, montato sulla Ear Card con 128 canali analogici amplifica la carica integrata proveniente dagli strips e manda il segnale analogico dell'altezza dell'impulto dei canali per il readout. La Ear Card riceve e manda segnali da e per IC ed è seguita da port cards che si interfacciano al DAQ di CDF per il readout.
Le port cards usano drivers digitali e ricevitori per la trasmissione dei dati; un circuito analogico guida l'informazione di altezza dell'impulso dai microstrip; la port card ha due circuiti che forniscono impulsi per setting e calibrazione dei chip delle schede precedenti. Il cavo di readout è detto pigtail, attaccato alla fine della ear card di readout e ha una tecnologia di contatti elettrici a punti d'oro che permette un facile montaggio-smontaggio. Questo cavo connette 4 ladder in un cuneo alla port card.
Il trigger di CDF consiste di 3 livelli. I primi due sono fatti da hardware specifico. Il livello 3 consiste di una farm di processori (nella versione iniziale di 58 Motorola 68020 in parallelo) che girano algoritmi software in fortran ottimizzati per la ricostruzione veloce degli eventi. L'obiettivo del design del trigger di CDF si divide in 3 parti:
La segmentazione del calorimetro è riflessa in quella del trigger, e per quanto riguarda le altre componenti, le informazioni riguardo particelle a alto P_T (tracce dritte? TODO) e candidati muoni devono essere incorporate sia nel livello 1 che 2 per operare decisioni sull'evento completo (benché non ricostruito).
L'idea è di mettere meno bias possibile ai livelli bassi, cioè fare il minimo possibile di decisioni "calate dall'alto", con l'obiettivo nei livelli bassi di semplicemente ridurre il rate fino a un punto in cui il livello successivo può effettuare decisioni più sofisticate e lunghe, senza incorrere in tempo morto significativo.
Il primo processo che consuma tempo è il readout finale dalle componenti del detector dal DAQ che è dell'ordine di 1ms . Questo avviene subito dopo la decisione di liv2 e deve avvenire in un rate di 100 Hz, cioè ogni 10ms, se si vuole che il tempo morto sia sotto il 10% (ricordiamo BC ogni 3.5 o 7 $\mu s$).
Le torri EM e adroniche sono sommate in corrispettive torri del trigger, sia i fototubi con il segnale proveniente dai calorimetri a scintillatore, sia quelli a gas, con uno spessore in $\eta$ di 0.2 e in $\phi$ di 15°. Ciò comporta una rappresentazione dell'intero detector in un array $\eta$ x $\phi$ = 42 x 24. I segnali sono pesati da $sin\theta$ per rappresentare l'energia trasversa $E_T$ depositata nella torre.
I segnali di trigger dai calorimetri sono mandati all'elettronica di trigger da cavi dedicati. I segnali sono livelli di corrente continua (0-(-1)V sommati per una torre corrispondono in termini di $E = 0-100 GeV$ depositata in quelli a scintillatore, $E_T$=$0-50 GeV$ depositata in quelli a gas ) provenienti dal sampling before-after. I livelli di tensione stanno nei cavi del trigger sino a quando la decisione del Livello 1 è fatta: se Lev1 non è soddisfatto in un certo crossing, un reset viene mandato automaticamente in tempo per il successivo beam crossing. Eventi che non superano il livello 1 non introducono tempo morto.
NB tutto questo è fondamentalmente risalente alla fine anni 80, tranne qualche update, ma negli anni 90 la luminosità è andata a superare i 10^{30} cm^{-2}s^{-1}, quindi probabilmente ci sono state estensioni come più componenti e più buffers, più potenza di calcolo a fine liv2 e a liv3. Tuttavia questo non rappresenta una grossa variazione dato che il sistema è pensato per essere molto scalabile. Ci sono proposal del 90 che parlano di un lev0 ma non so se lo hanno messo.
La decisione di livello 1 è fatta nei 3.5 micros del bunch cross (6 bunch operation) e non c'è tempo morto. Quando liv1 fa la sua decisione il sistema di trigger ha preso info solo riguardo le caratteristiche complessive dell'energia depositata nel calorimetro, senza info sul flusso e topologia dell'energia:
Il livello 1 porta un rate di qualche kHz al livello 2. Usa segnali analogii per formare somme e momenti prima della digitalizzazione, che avviene subito prima la decisione. Il processamento analogico è fatto in crates fastbus, ognuno identificabile dal tipo di segnale calorimetrico che riceve e dalla posizione sul detector da cui proviene il segnale. Crates separati ricevono segnali rispettivamente da calo EM e hadr. Tutti i processamenti portano a produrre input per una lookup table, che viene stilata e conservata in una ram da 4Kb. La decisione finale di livello 1 è presa usando la lookup table nel sistema FRED.
L'operazione del sistema di trigger dipende in maniera critica dal timing sia del collider sia del resto di CDF, per questo la sincronizzazione totale del sistema è stabilita con il Timing & Control, che prende riferimento dal Master Clock. Gestisce un certo numero di informazioni di tempo e di controllo con tutto il sistema di trigger, facendo da sorta di coordinatore.
Il procedimento di triggering è sequenziale:
Le info dalle camere traccianti sono usate nei livelli 1 e 2. Vengono usati dei Track Finder, che forniscono un segnale di trigger in tempo per la decisione liv1, che indicano la presenza di una traccia sopra una soglia P_T programmabile. Questo viene fatto vedendo se ci sono pattern di camere a deriva colpite e questi pattern di fili colpiti sono usati da delle lookup tables per identificare tracce dritte. Un altro tipo identifica la traccia a alto P_T trovando prima segmenti o vettori per ogni agglomerato assiale di celle e poi cerca di linkarli assieme. I track finders mandano i loro segnale di trigger liv1 a Fred per includerle nella decisione finale.
v par 4.3.3
Contiene la logica per fare la decisione finale di accettazione reiezione di trigger sia per liv1 che per liv2, basandosi sui bit di trigger collezionati dalle varie componenti del sistema di trigger. Fred serve anche a tener traccia del tempo morto e fa da interfaccia tra il sistema di trigger e il sistema DAQ.
Riflette il partizionamento del trigger. Ogni partizione del trigger manda i propri segnali a delle schede di Fred divise tra quelle che si interfacciano al livello 1 o liv2 e devono fornire un segnale per la decisione.
La decisione finale di trigger liv1 viene fatta ricevendo fino a 12 segnali di input e genera la decisione usando una lookup table salvata in una RAM. Questi 12 input includono: 4 bit da somma liv1, bits dalla logica muonica, dal processore di tracce, e dal minimum bias. I 12 sono scalabili e pronti a prendere dati da componenti nuovi come SVX, CMP CMX etc. Ogni partizione ha 4 lookup RAM, che possono essere scalate indipendentemente a rate tra 0.15 Hz a 9 kHz, la decisione finale di liv1 è il OR logico degli output delle RAM, permettendo quindi l'accettanza di processi rari.
Il Livello 1 del trigger richiede che la somma della $E_T$ di tutte le torre calorimetriche, che sono individualmente sopra un limite inferiore di 1 GeV , sia più grande di un certo limite inferiore (complessivo) di 30-40 GeV; le soglie sono programmabili. Data una certa somma possono essere sommate entrambe le energie EM o had, o anche solo una delle due.
tempi, efficienza?
Al livello 2 il tempo morto può andare tra 5 e 10%, ciò dà circa 10 micros al liv 2 per fare una decisione. Qui si possono fare richieste su caratteristiche topologiche della deposizione di E_T, sopratutto riguardo clustering di energia nei calorimetri, e si possono fare anche semplici calcoli come trovare la massa invariante di un gruppo di clusters definizione massa invariante? TODO. Si possono anche associare tracce dritte con cluster del calorimetro, e quindi fare una discriminazione a primo ordine tra $e^--\pi^0-jet$ tra pi 0 e jet!?!?. Viene fatta una lista di proprietà dei cluster, inclusa posizione, spessore e E_T e passata a una serie di processori microprogrammabili per fare una decisione basata sulle info nella lista. I parametri della decisione sono:
Quando un'interazione tra CF e CAS finisce, il sistema muonico osserva il clustering, accendendo bits corrispondenti alle localizzazioni in $\eta$ e $\phi$ dei candidati muoni. Nel caso di rivelatori centrali, i candidati sono "golden" se hanno una traccia dritta del CTC che dirige verso di loro. La mappa di tutti i muoni trovati viene caricata nel CF che selezione un muone alla volta e assegna un bit. In questo tempo vengono matchati nel Timing Control il momento di ogni muone selezionato dal CF misurato dalle camere muoniche, con i valori di $\eta$ e $\phi$. Lì queste quantità vengono inclusi nella terza delle tre parole da 64bit che poi vengono mandate al processore liv2. Quando il tutto è fatto Crate Sum e Listmaker procedono come detto a compilare le prime due parole, con informazioni della eventuale deposizione di energia nel calorimetro dei mu candidates.
Sono tre tipi di moduli: Cluster Memory, i moduli Mercury e i moduli Jupiter. Stanno in un singolo crate Fastbus con un cavo dedicato chiamato Processor Bus. La lista di clusters calorimetrici, muoni islati e energia totale dell'evento arriva con le 3 parole da 64 bit ogni circa 2ns. Le prime 2 sono em e tot energy ums, la terza ha le info dal Cluster Finder, dal sistema muonico, dal track finder e dal Timing Control stesso. Quando le 3 parole arrivano, sono scritte in parallelo in 3 moduli di memoria, uno per parola e sono lette fuori serialmente tramite il Procio Bus. Da questo l'informazione sui cluster viene agganciata daii Mercury, ognuno disegnato per calcolare una sola quantità fisica specifica di interesse,
per esempio uno per energia e numero di cluster soprasoglia, uno che seleziona elettroni usando la larghezza del cluster e il rapporto energia EM/adro e tracce ad alto P_T che puntano al cluster, uno per i muoni selezionando tracce nelle camere muoniche con tagli opzionali sull'energia depositata in celle calorimetriche associate, che fa anche calcolo di MET, etc a piacere: il sistema è scalabile.
Quando i mercury hanno finito, tocca ai Jupiter, moduli programmabili con sequencer TODO? memorie e microcodice, che accedono ai risultati tramite il bus e fanno la decisione. Il lev2 trigger globale consiste in un OR logico di una lista di possibili trigger di liv2, ognuno dei quali deve soddisfare un set di condizioni. Le condizioni sono rappresentate da bit nel registro dei dati del Mercury, che vengono usati dal Jupiter come input per il suo microprogramma. In questo modo si possono fare decisioni abbastanza sofisticate in qualche micros. Jupiter serve anche come interfaccia con Fred e con Timing Control. Anche Jupyter è scalabile, anche l'intero sistema Liv2 proc è scalabile.
La decisione finale di liv2 è iniziata da Fred mandando un segnale a Timing Control, indicando un liv1 accept. Ognuno dei 4 processori di liv2 è assegnato a una singola partizione in modalità standard o veto. Fred genera un accept di livello 2 se il OR di ogni processore standard accetta logicalmente in AND ogni accettazione dei processori veto; un reject è generato se la logica AND di ogni processore standard respinge logicalmente in OR ogni rigetto dei processori veto.eHH?? TODO
Cerca nell'array di 42 in $\eta$ x 24 in $\phi$ dei cluster di energia totale, o energia solo EM. Un trovatore di cluster hardware identifica i cluster di energia in una tempo di circa 200 ns per cluster. Le torri che stanno sotto una soglia programmabile sono ignorate. Le energie di tutte le torri per i quali è stato identificato stiano in un cluster sono sommate per formare la totale $E_T$ e media e varianza in $\eta$ e $\phi$ pesati dalla $E_T$ tot. Somme vengon otenute separate per energie hadro e EM. Queste somme poi vengono digitalizzate e presentate come una lista di clusters in un processore. Per ogni cluster viene fatto un match con le tracce trovate nel CTC con un processore di tracking in 10 micros, e una stima grossolana del $p_T$ viene messa nella lista se il match viene trovato. Il trigger finalmente è quindi una selezione su $\mu$, $e$, $\gamma$, $j$ e M${E}_T$ dal processore programmabile di livello 2 (molte combinazioni delle signature sopra elencate possono essere programmate in parallelo).
Il sistema fwbw provvede un segnale di liv1. Il segnale è fatto usando tre piani di camere a deriva nel toroide fwbw muonico. Un colpo nel piano più vicino al punto di interazione è usato per produrre una strada nei due piani di drift più esterno, per cercare colpi corrispondendi a muoni ad alto P_T. Triggers sono generati da tre diverse soglie di P_T e mandati a FRED. Il sistema centrale è fatto dal formare segmenti di tracce dai colpi nelle camere a deriva muoniche. Vien fatto quindi un taglio angolare nel piano R-$\phi$ corrispondente a una soglia in P_Tnon ha geometria proiettiva? come si fa conversione R-phi to P_T?, con il requisito che la traccia punti dritta al punto di interazione nominale. Un segnale che indichi la presenza di un muone centrale è quindi mandato a Fred.
L'upgrade centrale migliora il trigger di muoni con P_T medio, importante per lo studio del b sopratutto come bg per il t. The cross section for Level 2 muon triggers in the 1989 run was 1.5 $\mu$b (1.5 Hz at $L = 10^30 cm^{-2} s{-1}$) with a P_T threshold of 6 GeV. CMP adds steel to the central region, reduces the background, increase the minimum muon momentum from 1.4 GeV to 2.0 GeV.
Il CMP non ha una geometria proiettiva, quindi nel trigger non possono essere usate soglie in P_T che non sono misurabili È VERO? DOVREBBE, ma perché esattamente? perché non è proiettivo? Che significa geometria proiettiva per un rivelatore? Perché se non è proiettivo non hai P_T? TODO, e vengono usate solo coincidenze di camere come il sistema originale e correlazione con CTC.
La regione non coperta da CMP ha il 40% dell'accettanza, ma comunque un trigger rate significativamente più alto: sopratutto ad alte luminosità quando ci sono parecchie interazioni ppbar per crossing, aumenta il fake mu rate quadraticamente con L
Le soglie di P_T vengono selezionate da colpi accettanti su cavo dalla coppia proiettiva, con differenze di tempi di arrivo minori di una soglia programmata. Un segnale muonico richiede una coincidenza tra i contatori di CSX nello strato interno e esterno assieme a un segmento di traccia nelle camere a deriva di CMX. I segnali maneggiati sono P_T, conferma di passaggio mu attraverso il pattern di hit, timing dagli scintillatori e conferme aggiuntive dal calorimetro adronico. Il tutto configurato per rientrare entro una segmentazione di 5° azimutali ($\phi$), comparabile con l'incertezza sui muoni a medio momento causata dal multiscattering. I risultati dalle schede di frontend trigger sono mandati sia al liv 1 che al liv 2. Dal livello 1 per CMX come per CMC escono due bit di P_T in ogni unità di 5° sia nella regione di $\eta$ positiva che negativa (loro sono proiettivi). Per CMP escono 72 bit, uno per ogni unità di 5°, ma senza segmentazione in \eta.
Contiene abbastanza ampiezza di banda e parallelismo per non introdurre alcun tempo morto in CDF e oltre a inviare segnali di timing dai detectors manda segnali di controllo e diagnostica. Il sistema consiste in un sequencer cosa fa un sequencer? Fastbus, Crate di controllo e moduli digitalizzatori. L'interfaccia con il sistema DAQ di CDF è fatto da Scanner Processors, master fastbus programmabile che riformatta i dati dell evento e etichetta con informazioni di header. Ha abbastanza memoria per bufferizzare 4 eventi. Il sequencer è un fastbus slave, modulo programmabile che provvede a segnali di clock necessati per le operazioni dei chips. Controller e Digitizers stanno in 4 RABBIT crate dedicati al SVX; il controller provvede a interfacciare digitizzatore e sequenze, il digitizzatore processa dati analogici e bufferizza dati digitali dai cuneo. Questi sono letti fuori dal controller. SVX ha 4 crate fastbus e 4 rabbit dedicati, ognuno con 6 digitizzatori per accomodare 24 wedges.
Il livello 3 è puramente software, esegue algoritmi di filtraggio in Fortran77 come ultima fase della selezione online. I processori usati sono una 50ina (li hanno cambiati nel 92? o solo di più?) Motorola 68020, 32bit da circa 30MHz di clock e 256 bytes di cache, più vari coprocessori.
studies show the processing capacity of an ACE processor to be about 67% of a VAX 780. Gli eventi che superano l'algoritmo di filtro di Livello 3 vengono scritti su nastro per analisi offline.
The Level 3 processing farm is managed by a process called the Farm Steward. While a run is in progress, the Farm Steward communicates with the Buffer Manager via FASTBUS messages. The Farm Steward reads & check all nodes which have received an event from the Event Builder and started filter algorithm execution. When a node completes execution, the Farm Steward reads from processor memory and sends this trigger summary to the Buffer Manager in CDF standard 16 word message format. Level 3 is designed to support accepted event rates of a few Hz.
The total proton-proton cross section is the sum of the elastic and inelastic components, σtot = σ EL + σINEL. Three distinct processes contribute to the inelastic cross section; single diffraction, double-diffraction, and everything else, which is referred to as “non-diffractive” (ND) component. For elastic scattering neither of the beam particles breaks apart (i.e., color singlet exchange). For single and double diffraction one or both of the beam particles are excited into a high mass color singlet state (i.e., $N*$ states) which then decays. Single and double diffraction also corresponds to color singlet exchange between the beam hadrons. When color is exchanged the outgoing remnants are no longer color singlets and one has a separation of color resulting in a multitude of quark-antiquark pairs being pulled out of the vacuum. The non-diffractive component, σND , involves color exchange and the separation of color. However, the non-diffractive collisions have both a soft and hard component. Most of the time the color exchange between partons in the beam hadrons occurs through a soft interaction (i.e., no high transverse momentum) and the two beam hadrons “ooze” through each other producing lots of soft particles with a uniform distribution in rapidity and many particles flying down the beam pipe. Occasionally, there is a hard scattering among the constituent partons producing outgoing particles and “jets” with high transverse momentum. Min-bias (MB) is a generic term which refers to events that are selected with a “loose” trigger that accepts a large fraction of the overall inelastic cross section. All triggers produce some bias and the term “min-bias” is meaningless until one specifies the precise trigger used to collect the data. The underlying event (UE) consists of particles that accompany a hard scattering such as the beam-beam remnants (BBR) and the particles that arise from multiple parton interactions (MPI). The UE is an unavoidable background to hard-scattering collider events. MB and UE are not the same object! The majority of MB collisions are soft while the UE is studied in events in which a hard-scattering has occurred. One uses the“jet” structure of the hard hadron-hadron collision to experimentally study the UE.