[PPT] - S i l i c o n d e t e c t o r s : s t a t e o PowerPoint Presentation

SLIDE 1

S i l i c

n

d e t e c t

r

s : s t a t e

f

t h e a r t & p

s

s i b l e

p

t i

n

s f

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MU

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S t e f a n

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r s i , C E R N T h e E v a l u a t i

n
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t h e L e a d i n g H a d r

n

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n

t r i b u t i

n

t

t

h e Mu

n

A n

ma

l

u

s Ma g n e t i c Mo me n t 1 9 – 2 3 F e b r u a r y 2 1 8 Ma i n z I n s t i t u t e f

r

T h e

r

e t i c a l P h y s i c s

T h i s r e g i

n
f

t h e p r e s e n t a t i

n

c

n

t a i n s c

mp

l e me n t a r y i n f

r

ma t i

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t

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r

e a d i t

f
l

i n e P l e a s e i g n

r

e t h i s s e c t i

n
f

t h e s l i d e … s t a r t i n g f r

m

t h e n e x t

n

e

SLIDE 2

2

MU

n

E t r a c k e r p a r a me t e r s F i g u r e s

f

me r i t i n s i l i c

n

d e t e c t

r

s A n a l y t i c a p p r

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p

t i mi z a t i

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c u r r e n t d e t e c t

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s I n i t i a l c

n

s i d e r a t i

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s

n

d e t e c t

r

r e s

l

u t i

n

a n d s y s t e ma t i c e r r

r

s

O u t l i n e

SLIDE 3

3

MU

n

E t r a c k e r p a r a me t e r s F i g u r e s

f

me r i t i n s i l i c

n

d e t e c t

r

s A n a l y t i c a p p r

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c h t

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p

t i mi z a t i

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O v e r v i e w

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c u r r e n t d e t e c t

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s I n i t i a l c

n

s i d e r a t i

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s

n

d e t e c t

r

r e s

l

u t i

n

a n d s y s t e ma t i c e r r

r

s

O u t l i n e

SLIDE 4

4

MU

n

E t r a c k e r p a r a me t e r s

6 c m t

t

a l B e t a r g e t s e g me n t e d i n 6 s t a t i

n

s w i t h 1 c m t a r g e t 3 m t

t

a l d e t e c t

r

l e n g t h 1 × 1 c m ² S i l i c

n

d e t e c t

r

s R e s

l

v e e a c h µ , e t r a c k w i t h u n i f

r

m e fc i e n c y B e s t p

s

s i b l e r e s

l

u t i

n
n

θ µ , θ e µ r a t e : 4 MH z ( p e a k ) → 1 3 MH z ( a v e r a g e d ) µ s e p a r a t i

n

: 2 5 n s ( p e a k ) → 7 7 n s ( a v e r a g e d ) C

l

l e c t ~ 3 . 8 × 1 ¹ ² e v e n t s w i t h E

e

> 1 G e V i n ~ 2 y e a r s S c a t t e r i n g p r

b

a b i l i t y ( E

e

> 1 G e V ) : 1 . 2 1 × 1 ¯ ⁴ / c m S c a t t e r i n g e v e n t r a t e : 4 . 8 k H z p e r s t a t i

n

– 2 9 1 k H z

v

e r a l l S c a t t e r i n g s e p a r a t i

n

: 2 6 µ s p e r s t a t i

n

– 3 µ s

v

e r a l l

T

h e s e g me n t a t i

n
f

B e t a r g e t , t h e n u mb e r

f

me a s u r i n g s t a t i

n

s ( a n d t h e n u mb e r

f

p l a n e s p e r s t a t i

n

) a r e d e t e c t

r

p a r a me t e r s t

b

e

p

t i mi z e d .

E

x p e r i me n t t r i g g e r i s t

b

e d e f n e d :

n

e

p

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n

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r

u n t r i g g e r

l

e s s , w h i c h w

u

l d r e q u i r e a ma j

r

e f

r

t i n

n
l

i n e d a t a i n t e r p r e t a t i

n

: e v e n a s s u mi n g v e r y l a r g e e n

u

g h b u f e r s e a c h e v e n t w

u

l d h a v e t

b

e a n a l y z e d w i t h i n 7 7 n s

f

c

mp

u t i n g t i me . A n

t

h e r

p

t i

n

i s t

i

mp l e me n t a ( s c i n t i l l a t

r

? ) t r i g g e r i n e a c h s t a t i

n

, p

s

s i b l y r e p l a c i n g t h e s c a t t e r e r w i t h t h e s c i n t i l l a t

r

i t s e l f . I f a n e f e c t i v e t r i g g e r c a n b e a c h i e v e d , t h i s w

u

l d r e d u c e t h e n u mb e r

f

e v e n t s t

b

e r e a d

u

t t

<

1 k H z P a r a me t e r s u s e d h e r e a r e a s f

l

l

w

s : B e a m: 6 3 % b e a m a v a i l a b i l i t y

v

e r 2 y e a r s , w i t h 4 . 8 s s p i l l s e v e r y 1 5 s ( b e a m d u t y c y c l e 3 2 %) a n d 4 MH z mu

n

r a t e S c a t t e r i n g : σ ( µ e → µ e , E e > 1 G e V ) = 2 4 5 µ b , B e e l e c t r

n

d e n s i t y = 5 × 1 ² ³ / c m ³

SLIDE 5

5

MU

n

E t r a c k e r p a r a me t e r s F i g u r e s

f

me r i t i n s i l i c

n

d e t e c t

r

s A n a l y t i c a p p r

a

c h t

d

e t e c t

r
p

t i mi z a t i

n

O v e r v i e w

f

c u r r e n t d e t e c t

r

s I n i t i a l c

n

s i d e r a t i

n

s

n

d e t e c t

r

r e s

l

u t i

n

a n d s y s t e ma t i c e r r

r

s

O u t l i n e

SLIDE 6

6

R e l e v a n t fj g u r e s

f

me r i t f

r

s i l i c

n

d e t e c t

r

s

Ma t e r i a l a mo u n t → f r

n

t

e

n d , me c h a n i c s , s e r v i c e s F r

n

t

e

n d r e s p

n

s e t i me → f r

n

t

e

n d S i n g l e

h

i t r e s

l

u t i

n

→ f r

n

t

e

n d + s e n s

r

s S i n g l e

h

i t e fc i e n c y → f r

n

t

e

n d ( n

i

s e ) + s e n s

r

s ( s i g n a l ) Ma x i mu m r e a d

u

t r a t e → f r

n

t

e

n d S i z e

f

a c t i v e r e g i

n

→ f r

n

t

e

n d + s e n s

r

s

A l mo s t a l l f g u r e s

f

me r i t i n s i l i c

n

d e t e c t

r

s a r e d e t e r mi n e d b y t h e d e s i g n

f

f r

n

t

e

n d e l e c t r

n

i c s . R a d i a t i

n
n

d d a ma g e i s a n

t

a b l e e x c e p t i

n

, w h e r e s e n s

r

d e s i g n i s c r u c i a l t

y

i e l d a me a s u r a b l e s i g n a l i n e n v i r

n

me n t s w i t h a h i g h h a d r

n

f u e n c e , b u t t h i s i s n

t

r e l e v a n t f

r

t h e MU

n

E e x p e r i me n t .

SLIDE 7

7

R e l e v a n t fj g u r e s

f

me r i t f

r

s i l i c

n

d e t e c t

r

s

Ma t e r i a l a mo u n t → f r

n

t

e

n d , me c h a n i c s , s e r v i c e s F r

n

t

e

n d r e s p

n

s e t i me → f r

n

t

e

n d S i n g l e

h

i t r e s

l

u t i

n

→ f r

n

t

e

n d + s e n s

r

s S i n g l e

h

i t e fc i e n c y → f r

n

t

e

n d ( n

i

s e ) + s e n s

r

s ( s i g n a l ) Ma x i mu m r e a d

u

t r a t e → f r

n

t

e

n d S i z e

f

a c t i v e r e g i

n

→ f r

n

t

e

n d + s e n s

r

s

SLIDE 8

8

T r a c k i n g r e s

l

u t i

n

i s l i mi t e d b y ma t e r i a l

Mo

s t

f

t h e ma t e r i a l i s n

t

i n s e n s

r

s , b u t s t i l l i n s i d e t h e t r a c k i n g v

l

u me

B

e s t r e s

l

u t i

n

a c h i e v e d w i t h l i g h t e r d e t e c t

r

s

N
t

n e c e s s a r i l y b y t h e h i g h e s t s i n g l e

h

i t r e s

l

u t i

n

E x a mp l e : C MS T r a c k e r Ma t e r i a l B u d g e t

4
3
2
1

1 2 3 4 x / X . 2 . 4 . 6 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2 η

4
3
2
1

1 2 3 4 x / X . 2 . 4 . 6 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2

Beam pipe

Sensors Inactive material

I n c

l

l i d e r e x p e r i me n t s mo s t t h e ma t e r i a l i s i n s i d e t h e t r a c k i n g v

l

u me a n d mu l t i p l e s c a t t e r i n g i s t h e d

mi

n a n t s

u

r c e

f

u n c e r t a i n t y

n

t r a c k p a r a me t e r s f

r

p T t y p i c a l l y u p t

1

G e V / c . T h i s me a n s t h a t d e t e c t

r
p

t i mi z a t i

n

n e e d s t

t

a k e i n t

a

c c

u

n t t h e ma t e r i a l a mo u n t t h a t g

e

s w i t h t h e d e t e c t

r

.

SLIDE 9

9

Ma t e r i a l i s ma i n l y d r i v e n b y p

w

e r

Ma

t e r i a l b u d g e t s p e n t ( ~ e q u a l l y ) i n :

– S

u p p

r

t s t r u c t u r e s

– C

l

i n g l i n e s ( = p

w

e r )

– P

w

e r s u p p l y ( & b i a s )

– A

u x i l i a r y e l e c t r

n

i c s

D

e s i g n l

w
p
w

e r e l e c t r

n

i c s

4
3
2
1

1 2 3 4 x / X . 2 . 4 . 6 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2

4
3
2
1

1 2 3 4 x / X . 2 . 4 . 6 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2

O u t s i d e S u p p

r

t C

l

i n g C a b l e s E l e c t r

n

i c s S e n s i t i v e B e a m P i p e

η

Mo s t

f

t h e i n a c t i v e ma t e r i a l i s s

me

h

w

d r i v e n b y t h e p

w

e r c

n

s u mp t i

n

i n t h e d e t e c t

r

. T h e r e f

r

e a g

d

s t r a t e g y t

mi

n i mi z e t h e ma t e r i a l :

D

e s i g n f

r

p

w

e r

l

e a n f r

n

t

e

n d e l e c t r

n

i c s

D

e s i g n f

r

s i mp l e & l i g h t s u p p

r

t s t r u c t u r e s

D

e s i g n d e t e c t

r

mo d u l e s t h a t r e q u i r e l i t t l e

r

n

a

d d i t i

n

a l a u x i l i a r y e l e c t r

n

i c s T h i s a p p r

a

c h l e a d s a w a y f r

m
p

t i mi z i n g t h e s i n g l e

h

i t r e s

l

u t i

n

, f

r

e x a mp l e i n H L

L

H C C MS T r a c k e r b i n a r y r e a d

u

t w i l l b e u s e d , l

s

i n g t h e c h a r g e r e l e a s e i n f

r

ma t i

n
n

e a c h h i t ( n

b

a r y c e n t e r me t h

d

)

E x a mp l e : C MS T r a c k e r Ma t e r i a l B u d g e t

SLIDE 10

1

R e l e v a n t fj g u r e s

f

me r i t f

r

s i l i c

n

d e t e c t

r

s

Ma t e r i a l a mo u n t → f r

n

t

e

n d , me c h a n i c s , s e r v i c e s F r

n

t

e

n d r e s p

n

s e t i me → f r

n

t

e

n d S i n g l e

h

i t r e s

l

u t i

n

→ f r

n

t

e

n d + s e n s

r

s S i n g l e

h

i t e fc i e n c y → f r

n

t

e

n d ( n

i

s e ) + s e n s

r

s ( s i g n a l ) Ma x i mu m r e a d

u

t r a t e → f r

n

t

e

n d S i z e

f

a c t i v e r e g i

n

→ f r

n

t

e

n d + s e n s

r

s

SLIDE 11

1 1

S ma l l s i g n a l ( k e

)

: a mp l i f c a t i

n

n e e d e d

F r

n

t

e

n d r e s p

n

s e t i me …

p + n n + + P . A . Q

i

d a r k

Q

i

+ i

d a r k

R

p

l

y

SLIDE 12

1 2

F r

n

t

e

n d r e s p

n

s e t i me …

We l l

d

e f n e d s a mp l i n g t i me : s h a p i n g ( a mp l i t u d e p r

p
r

t i

n

a l t

i

n p u t c h a r g e )

p + n n + + P . A . Q

i

R

p

l

y

i

d a r k

C R R C S h a p e r Q

i

+ i

d a r k

SLIDE 13

1 3

F r

n

t

e

n d r e s p

n

s e t i me i s g i v e n b y e l e c t r

n

i c s

T i me r e s p

n

s e

f

p r e a mp + s h a p e r t

a

p u l s e s i g n a l

T i m e [ τ ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1

S i g n a l [ a . u . ]

τ

t

/

) e τ ( t /

SLIDE 14

1 4

R e l e v a n t fj g u r e s

f

me r i t f

r

s i l i c

n

d e t e c t

r

s

Ma t e r i a l a mo u n t → f r

n

t

e

n d , me c h a n i c s , s e r v i c e s F r

n

t

e

n d r e s p

n

s e t i me → f r

n

t

e

n d S i n g l e

h

i t r e s

l

u t i

n

→ f r

n

t

e

n d + s e n s

r

s S i n g l e

h

i t e fc i e n c y → f r

n

t

e

n d ( n

i

s e ) + s e n s

r

s ( s i g n a l ) Ma x i mu m r e a d

u

t r a t e → f r

n

t

e

n d S i z e

f

a c t i v e r e g i

n

→ f r

n

t

e

n d + s e n s

r

s

SLIDE 15

1 5

S i n g l e

h

i t r e s

l

u t i

n
P

r

p
r

t i

n

a l t

s

e g me n t a t i

n
f

s e n s

r

: p i t c h

R

e a d

u

t :

– A

n a l

g

u e

r

A D C r e a d

u

t

– B

i n a r y r e a d

u

t : a b

v

e / b e l

w

t h r e s h

l

d

σ = pitch Signal/Noise σ = pitch

√12

1

SLIDE 16

1 6

R e l e v a n t fj g u r e s

f

me r i t f

r

s i l i c

n

d e t e c t

r

s

Ma t e r i a l a mo u n t → f r

n

t

e

n d , me c h a n i c s , s e r v i c e s F r

n

t

e

n d r e s p

n

s e t i me → f r

n

t

e

n d S i n g l e

h

i t r e s

l

u t i

n

→ f r

n

t

e

n d + s e n s

r

s S i n g l e

h

i t e fc i e n c y → f r

n

t

e

n d ( n

i

s e ) + s e n s

r

s ( s i g n a l ) Ma x i mu m r e a d

u

t r a t e → f r

n

t

e

n d S i z e

f

a c t i v e r e g i

n

→ f r

n

t

e

n d + s e n s

r

s

E fc i e n c y y i s u s u a l l y v e r y h i g h ( > 9 9 %) f

r

u n i r r a d i a t e d d d e t e c t

r
r

s . A S i g n a l / N

i

s e r a t i

f

1 t

1

5 i s g

d

e n

u

g h t

r

e a c h t h e s e e fc i e n c i e s w i t h g

d

n

i

s e r e j e c t i

n

. R e a d

u
u

t r a t e i s d e t e r mi n e d b y t h e d e s i g n

f

t h e r e a d

u

t l i n k

f

t h e f r

n

t

e

n d s S i z e

f

t h e a c t i v e r e g i

n

p e r mo d u l e i s l i mi t e d t

~

1 × t h e s i z e

f

t h e R e a d

u

t c h i p f

r

p i x e l d e t e c t

r

s a n d 1 × 1 c m ² f

r

s t r i p d e t e c t

r

s . Mo d u l e s a r e u s u a l l y t i l e d t

c
v

e r a l a r g e r a r e a i f n e e d e d , b u t t h i s r e q u i r e s a d d i t i

n

a l me c h a n i c s

SLIDE 17

1 7

MU

n

E t r a c k e r p a r a me t e r s F i g u r e s

f

me r i t i n s i l i c

n

d e t e c t

r

s A n a l y t i c a p p r

a

c h t

d

e t e c t

r
p

t i mi z a t i

n

O v e r v i e w

f

c u r r e n t d e t e c t

r

s I n i t i a l c

n

s i d e r a t i

n

s

n

d e t e c t

r

r e s

l

u t i

n

a n d s y s t e ma t i c e r r

r

s

O u t l i n e

SLIDE 18

1 8

D e t e c t

r
p

t i mi z a t i

n

: a n a l y t i c a p p r

a

c h

R

e c e n t e x p e r i e n c e i n

p

t i mi z a t i

n
f

C MS T r a c k e r f

r

H L

L

H C b a s e d

n

t k L a y

u

t

SLIDE 19

1 9

t k L a y

u

t l a y

u

t b u i l d i n g

B a s e d

n

a s i mp l e s e t

f

p a r a me t e r s Number of layers

6 5

Minimum overlap Sensor geometry

(e.g. square ~10×10 cm²)

SLIDE 20

2

t k L a y

u

t ma t e r i a l e s t i ma t i

n

services

cooling pipes

ptical fbres

power cables

n the module

sensor hybrids & ASICs cooling contacts

SLIDE 21

2 1

t k L a y

u

t ma t e r i a l e s t i ma t i

n

Material on active elements Material for services automatically routed

+

SLIDE 22

2 2

t k L a y

u

t µ r e s

l

u t i

n

e s t i ma t i

n
A

p r i

r

i e r r

r

e s t i ma t i

n

– N

Mo

n t e C a r l

– N
f

t a c t u a l l y d

n

e

E

r r

r

p r

p

a g a t i

n

t

e

s t i ma t e r e s

l

u t i

n
f

t r a c k p a r a me t e r s

– I

n I n t r i n r i n s i c r r e s

l

u t i

n
f

t h e me a s u r e me n t p

i

n t

– Mu

l t i p l e s c a t t e r i n r i n g t r e a t e d a s a ( c

r

r e l a t e d ) me a s u r e me n t e r r

r

module 1 module 2 module 3

{ , f (

angle of incidence)

}

SLIDE 23

D e s i g n

p

t i mi z a t i

n

w

r

k

f
w

t k L a y

u

t

G e

me

t r y c h

i

c e s Ma t e r i a l d e s c r i p t i

n

( i n c l . s e r v i c e s ) S i mu l a t i

n

p a r a me t e r s ( r a t e s , r a d i a t i

n

)

SLIDE 24

D e s i g n

p

t i mi z a t i

n

w

r

k

f
w

Ma t e r i a l b u d g e t & µ t r a c k r e s

l

u t i

n

e s t i ma t e s

t k L a y

u

t

G e

me

t r y c h

i

c e s Ma t e r i a l d e s c r i p t i

n

( i n c l . s e r v i c e s ) S i mu l a t i

n

p a r a me t e r s ( r a t e s , r a d i a t i

n

)

SLIDE 25

D e s i g n

p

t i mi z a t i

n

w

r

k

f
w

Ma t e r i a l b u d g e t & µ t r a c k r e s

l

u t i

n

e s t i ma t e s

t k L a y

u

t

G e

me

t r y c h

i

c e s Ma t e r i a l d e s c r i p t i

n

( i n c l . s e r v i c e s ) S i mu l a t i

n

p a r a me t e r s ( r a t e s , r a d i a t i

n

)

SLIDE 26

D e s i g n

p

t i mi z a t i

n

w

r

k

f
w

Ma t e r i a l b u d g e t & µ t r a c k r e s

l

u t i

n

e s t i ma t e s F u l l 3 D d e s c r i p t i

n

E x p e c t e d p

w

e r d i s s i p a t i

n

t k L a y

u

t

G e

me

t r y c h

i

c e s Ma t e r i a l d e s c r i p t i

n

( i n c l . s e r v i c e s ) S i mu l a t i

n

p a r a me t e r s ( r a t e s , r a d i a t i

n

)

SLIDE 27

D e s i g n

p

t i mi z a t i

n

w

r

k

f
w

Ma t e r i a l b u d g e t & µ t r a c k r e s

l

u t i

n

e s t i ma t e s F u l l 3 D d e s c r i p t i

n

E x p e c t e d p

w

e r d i s s i p a t i

n

t k L a y

u

t

G e

me

t r y c h

i

c e s Ma t e r i a l d e s c r i p t i

n

( i n c l . s e r v i c e s ) S i mu l a t i

n

p a r a me t e r s ( r a t e s , r a d i a t i

n

)

Me c h a n i c s e n g i n e e r i n g

SLIDE 28

D e s i g n

p

t i mi z a t i

n

w

r

k

f
w

Ma t e r i a l b u d g e t & µ t r a c k r e s

l

u t i

n

e s t i ma t e s F u l l 3 D d e s c r i p t i

n

E x p e c t e d p

w

e r d i s s i p a t i

n

t k L a y

u

t

G e

me

t r y c h

i

c e s Ma t e r i a l d e s c r i p t i

n

( i n c l . s e r v i c e s ) S i mu l a t i

n

p a r a me t e r s ( r a t e s , r a d i a t i

n

)

Me c h a n i c s e n g i n e e r i n g

SLIDE 29

D e s i g n

p

t i mi z a t i

n

w

r

k

f
w

Ma t e r i a l b u d g e t & µ t r a c k r e s

l

u t i

n

e s t i ma t e s A c c u r a t e p e r f

r

ma n c e e s t i ma t e s F u l l 3 D d e s c r i p t i

n

E x p e c t e d p

w

e r d i s s i p a t i

n

t k L a y

u

t

G e

me

t r y c h

i

c e s Ma t e r i a l d e s c r i p t i

n

( i n c l . s e r v i c e s ) S i mu l a t i

n

p a r a me t e r s ( r a t e s , r a d i a t i

n

)

Me c h a n i c s e n g i n e e r i n g

C MS S W/ G 4

SLIDE 30

D e s i g n

p

t i mi z a t i

n

w

r

k

f
w

Ma t e r i a l b u d g e t & µ t r a c k r e s

l

u t i

n

e s t i ma t e s A c c u r a t e p e r f

r

ma n c e e s t i ma t e s F u l l 3 D d e s c r i p t i

n

E x p e c t e d p

w

e r d i s s i p a t i

n

t k L a y

u

t

G e

me

t r y c h

i

c e s Ma t e r i a l d e s c r i p t i

n

( i n c l . s e r v i c e s ) S i mu l a t i

n

p a r a me t e r s ( r a t e s , r a d i a t i

n

)

Me c h a n i c s e n g i n e e r i n g

C MS S W/ G 4

SLIDE 31

I n i t i a l c

n

s i d e r a t i

n

s

n

t r a c k i n g f

r

MU

n

E

A

n a l y t i c t

l

s h

u

l d b e p r

d

u c e d ( e a s y )

I

n c l u d e t a i l s

f

mu l t i p l e s c a t t e r i n g : p a r a me t r i z a t i

n

?

Ma

i n p a r a me t e r s t

b

e

p

t i mi z e d :

– Wh

i c h d e t e c t

r

s

– Me

a s u r e me n t s t a t i

n

s p a c i n g

– T

h i c k n e s s

f

B e t a r g e t s

– N

u mb e r

f

d e t e c t

r

p l a n e s p e r me a s u r e me n t s t a t i

n

A n a n a l y t i c t

l

t

e

v a l u a t e t h e t r a c k i n g r e s

l

u t i

n

c a n e a s i l y b e p r

d

u c e d . T h i s s h

u

l d b e d

n

e f

r

MU

n

E . S e v e r a l d e t e c t

r

c

n

f g u r a t i

n

s s h

u

l d b e s t u d i e d w i t h a s i mi l a r t

l

( e v e n b a t c h e s

f

d e t e c t

r

s ) . E v a l u a t i

n
f

a s i n g l e l a y

u

t t a k e s a f e w s e c

n

d s a t mo s t . T h e e f e c t

f

t a i l s i n t h e MS d i s t r i b u t i

n

s h

u

l d b e e a s y t

i

n c l u d e a n a l y t i c a l l y , b u t a p a r a me t r i z a t i

n
f

t h i s e f e c t i s n e e d e d .

SLIDE 32

3 2

MU

n

E t r a c k e r p a r a me t e r s F i g u r e s

f

me r i t i n s i l i c

n

d e t e c t

r

s A n a l y t i c a p p r

a

c h t

d

e t e c t

r
p

t i mi z a t i

n

O v e r v i e w

f

c u r r e n t d e t e c t

r

s I n i t i a l c

n

s i d e r a t i

n

s

n

d e t e c t

r

r e s

l

u t i

n

a n d s y s t e ma t i c e r r

r

s

O u t l i n e

SLIDE 33

3 3

S t r i p h y b r i d d e t e c t

r

s

S e n s

r
Wi

t h l a r g e s e n s

r

s 1 × 1 c m ²

n
d

e a d ma t e r i a l b e h i n d s e n s

r
x

, y v i a t w

d

e t e c t

r

s 9 ᴼ

H

i t p

s

i t i

n

a mb i g u i t y w i t h > 1 t r a c k i s p r e s e n t

P a i r

f
r
h

i t s ?

SLIDE 34

3 4

S t r i p h y b r i d d e t e c t

r

s

R e a d

u

t c h i p

S e n s

r
Wi

t h l a r g e s e n s

r

s 1 × 1 c m ²

n
d

e a d ma t e r i a l b e h i n d s e n s

r
x

, y v i a t w

d

e t e c t

r

s 9 ᴼ

H

i t p

s

i t i

n

a mb i g u i t y w i t h > 1 t r a c k i s p r e s e n t

SLIDE 35

3 5

S t r i p h y b r i d d e t e c t

r

s

R e a d

u

t c h i p

P i t c h a d a p t

r

R e a d

u

t c h i p w i r e b

n

d s

S e n s

r
Wi

t h l a r g e s e n s

r

s 1 × 1 c m ²

n
d

e a d ma t e r i a l b e h i n d s e n s

r
x

, y v i a t w

d

e t e c t

r

s 9 ᴼ

H

i t p

s

i t i

n

a mb i g u i t y w i t h > 1 t r a c k i s p r e s e n t

SLIDE 36

3 6

F

r

n

t

e

n d e l e c t r

n

i c s r i g h t b e h i n d t h e s e n s

r
S

i n g l e h i t r e s

l

u t i

n

~ 1 µ m

F

a s t t i mi n g ( ~ 2 5 n s ) : h i g h p a r t i c l e r a t e s ( 1 s MH z / c m ² )

T

h i c k d e t e c t

r

s : x / X ₀ = 1 → 3 %

P i x e l h y b r i d d e t e c t

r

s

e . g . C MS p i x e l I n t e r

c
n

n e c t c i r c u i t S e n s

r

F r

n

t

e

n d c h i p s S u p p

r

t s

(VTT/Finland)

~ 1 5 µ m

b u mp b

n

d

S e n s

r

a n d A S I C a r e s e p a r a t e

b

j e c t s . C

mp

l e x r e a d

u

t w i t h z e r

s

u p p r e s s i

n

a n d i n

p

i x e l h i t b u f e r i n g i s p

s

s i b l e . Wi t h f a s t s i g n a l s h a p i n g t h e s e d e t e c t

r

s c a n b e d e s i g n e d t

w
r

k w i t h v e r y h h i g h h h i t r r a t e s . S i n c e s e n s

r

a n d f r

n

t

e

n d c h i p a r e d i f e r e n t

b

j e c t s , t h e r e s p e c t i v e d e s i g n c a n b e i n d i v i d u a l l y

p

t i mi z e d f

r

r a d i a t i

n

e n v i r

n

me n t . I n t e r c

n

n e c t i

n

i s n e e d e d t

c
n

n e c t e a c h p i x e l i n t h e s e n s

r

t

a

r e a d

u

t c e l l i n t h e A S I C : f n e p i t c h b u mp b

n

d i n g i s n e e d e d : l i l i mi t t t

t
t

h e p i x e l s l s i z e . Wi t h t h i s a p p r

a

c h t h e d e t e c t

r

s ma t e r i a l i s n

t

n e g l i g i b l e : t y p i c a l l y x / X ₀ = 1 t

3

% T h i s t e c h n

l
g

y c h

i

c e i s f a v

r

i t e a t L H C / H L

L

H C d u e t

t

h e h i g h p a r t i c l e r a t e a n d r a d i a t i

n

e n v i r

n

me n t . P . R i e d l e r

SLIDE 37

3 7

Mo n

l

i t h i c A c t i v e P i x e l ( MA P S )

C h a r g e g e n e r a t i

n

v

l

u me i n t e g r a t e d i n t

t

h e A S I C . S e v e r a l v a r i a n t s a r e p

s

s i b l e . I n t h i s e x a mp l e C MO S s e n s

r

, w i t h

n
c

h i p d i g i t a l r e a d

u

t a r c h i t e c t u r e . A s s e mb l y mu c h s i mp l e r a n d c h e a p e r t h a n h y b r i d p i x e l s . S ma l l p i x e l f e a t u r e s a r e p

s

s i b l e ( 2 8 × 2 8 µ m i n A l i c e I T S u p g r a d e ) a n d v e r y t h i n d e t e c t

r

s a r e e a s i l y i mp l e me n t e d w i t h t h i s t e c h n i q u e ( . 3 % i n A l i c e I T S ) . T h i s t e c h n

l
g

y i s l i mi t e d i n p a r t i c l e r a t e a n d r a d i a t i

n

h a r d n e s s : s

f

a r mo n

l

i t h i c C MO S s e n s

r

s w e r e d e s i g n e d f

r

( r e l a t i v e l y ) l

w
r

a d i a t i

n

e n v i r

n

me n t s . P . R i e d l e r

F

r

n

t

e

n d e l e c t r

n

i c s i n t e g r a t e d w i t h s e n s

r
S

i n g l e h i t r e s

l

u t i

n

~ 2 µ m

S

l

w

t i mi n g ( ~ 1 µ s ) : l i mi t e d p a r t i c l e r a t e s

T

h i n d e t e c t

r

s : x / X ₀ = . 3 %

A l i c e I T S C h i p : A L P I D E

1 5 mm 3 mm

SLIDE 38

3 8

E x a mp l e s

f

r e c e n t t r a c k e r d e s i g n s

A l i c e I n n e r T r a c k e r S y s t e m: A L P I D E

–

MA P S

–

L

w

p

w

e r ← l

n

g i n t e g r a t i

n

t i me i n f r

n

t

e

n d s

–

S i mp l e e l e c t r

n

i c s ← i n t e g r a t i

n
f

s e n s

r

w i t h a mp l i f e r s

–

V e r y l i g h t s u p p

r

t s t r u c t u r e s

L H C b u p g r a d e : V E L O p i x

–

H y b r i d p i x e l s

–

A u x i l i a r y ma t e r i a l

u

t s i d e t r a c k i n g v

l

u me

–

V e r y f a s t e l e c t r

n

i c s : e v e r y e v e n t i s r e c

r

d e d

C MS O u t e r T k f

r

H L

L

H C : C B C

–

H y b r i d s t r i p

–

B i n a r y r e a d

u

t ( n

A

D C t

r

e d u c e b a n d w i d t h → p

w

e r )

–

T a r g e t : L S 3

C MS I n n e r T k f

r

H L

L

H C : R D 5 3

–

H y b r i d p i x e l

–

4 b i t s A D C t

r

e d u c e b a n d w i d t h & p

w

e r

–

T a r g e t : L S 3

SLIDE 39

3 9

E x a mp l e s

f

r e c e n t t r a c k e r d e s i g n s

A l i c e I n n e r T r a c k e r S y s t e m: A L P I D E

–

MA P S

–

L

w

p

w

e r ← l

n

g i n t e g r a t i

n

t i me i n f r

n

t

e

n d s

–

S i mp l e e l e c t r

n

i c s ← i n t e g r a t i

n
f

s e n s

r

w i t h a mp l i f e r s

–

V e r y l i g h t s u p p

r

t s t r u c t u r e s

SLIDE 40

4

E x a mp l e s

f

r e c e n t t r a c k e r d e s i g n s

C MS O u t e r T k f

r

H L

L

H C : C B C

–

H y b r i d s t r i p

–

B i n a r y r e a d

u

t ( n

A

D C t

r

e d u c e b a n d w i d t h → p

w

e r )

–

T a r g e t : L S 3

SLIDE 41

4 1

MU

n

E t r a c k e r p a r a me t e r s F i g u r e s

f

me r i t i n s i l i c

n

d e t e c t

r

s A n a l y t i c a p p r

a

c h t

d

e t e c t

r
p

t i mi z a t i

n

O v e r v i e w

f

c u r r e n t d e t e c t

r

s I n i t i a l c

n

s i d e r a t i

n

s

n

d e t e c t

r

r e s

l

u t i

n

a n d s y s t e ma t i c e r r

r

s

O u t l i n e

SLIDE 42

D e t e c t

r

p r

c

u r e me n t

I n H E P e x p e r i me n t s a l a r g e e f

r

t i s n e e d e d t

p

r

d

u c e n e w d e t e c t

r

s . Mo s t

f

t h e e f

r

t g

e

s i n t

t

h e d e s i g n , p r

d

u c t i

n

a n d q u a l i f c a t i

n
f

t h e f r

n

t

e

n d e l e c t r

n

i c s , w h i c h i s a l s

e

x p e n s i v e . U s i n g a l r e a d y

e

x i s t i n g f r

n

t

e

n d s i s a g

d

w a y t

c
n

t a i n c

s

t a n d r i s k s . H e r e a f e w d e t e c t

r

s a r e c

mp

a r e d . N e w d e t e c t

r

p r

d

u c t i

n

s c

u

l d b e e a s i l y i n c r e me n t e d b y a f e w u n i t s t

c
v

e r f

r

MU

n

E n e e d s , b u t i t i s a l s

p
s

s i b l e t h a t

l

d e r d e t e c t

r

s ( e . g . A P V 2 5 ) c a n b e a d a p t e d , p

s

s i b l y w i t h a n e w s e n s

r

p r

d

u c t i

n

. F

r

s i mp l i c i t y , f r

m

h e r e

n

I a m g

i

n g t

f
c

u s

n

a s u b s e t

f

t h e s e d e t e c t

r

s .

A L I C E U p g I n n e r A L I C E U p g O u t e r C MS U p g 2 S 2 × C MS U p g 2 S C MS U p g P S C MS U p g P i x e l 2 × C MS C u r r e n t Mi mo s a 2 6 L H C b V E L O

p

i x T e c h n

l
g

y MA P S MA P S H y b r i d s t r i p H y b r i d s t r i p H y b r i d s t r i p / p x H y b r i d p i x e l H y b r i d s t r i p MA P S H y b r i d p i x e l a c t i v e x [ c m] 2 7 2 1 1 1 1 3 3 1 1 . 6 4 . 2 4 6 a c t i v e y [ c m] 1 . 5 3 1 1 5 4 4 . 2 1 2 . 1 2 1 . 4 8 p i x e l s i z e x [ µ m] 3 3 9 9 1 5 9 1 8 . 4 5 5 p i x e l s i z e y [ µ m] 3 3 5 9 1 4 5 5 1 8 . 4 5 5 σ x [ µ m] 2 2 2 6 2 6 2 9 7 1 8 3 . 2 1 2 σ y [ µ m] 2 2 1 4 4 3 4 2 6 4 4 7 1 8 3 . 2 1 2 Ma t e r i a l [ x / X ₀ ] 0 . 3 % . 8 % 2 . 3 % 4 . 5 % 3 . 8 % 2 . % 4 . 5 % . 1 % . 9 4 % S e n s

r

ma t . [ x / X ₀ ] 0 . 3 % . 8 % . 3 % . 6 % 3 . 8 % 2 . % . 6 % . 1 % . 9 4 %

SLIDE 43

S i mp l e a n a l y t i c c

n

s i d e r a t i

n

s

R e s

l

u t i

n
n

s c a t t e r i n g a n g l e a s s u mp t i

n

s :

2

me a s u r e me n t p l a n e s

. 5 m a p a r t

S

c a t t e r i n g

n

:

– N

p

l a n e ( i d e a l r e s

l

u t i

n

)

– F

i r s t d e t e c t

r

p l a n e ( p u r e t r a c k e r r e s

l

u t i

n

)

– F

i r s t p l a n e + ½ B e t a r g e t ( i n c l u d e s “ a v e r a g e ” MS i n t a r g e t )

C
r

e

f

MS

n

l y c

n

s i d e r e d ( n

t

a i l s )

SLIDE 44

P u r e l y g e

me

t r i c r e s

l

u t i

n

i s i d e a l

N

s

c a t t e r i n g : r e s

l

u t i

n

d

e

s n

t

d e p e n d

n

p A n g l e i n t r i n s i c r e s

l

u t i

n

: ΔθI= Δx √2 0.5 m Δθ

2=ΔθI 2

A n g l e r e s

l

u t i

n

:

1 10 100 1000 1E-03 1E-02 1E-01 1E+00 1E+01

2×CMS upg 2S 2×CMS current LHCb VELOpix CMS Upg Pixel Mimosa26 chip ALICE Upg Inner Spec reference

p [GeV] θ res [mrad] 140

SLIDE 45

Mu l t i p l e s c a t t e r i n g a n g l e

B e t a r g e t [ 1 . 5 c m] C MS U p g P S C MS U p g P i x e l B e t a r g e t [ . 5 c m] L H C b V E L O p i x A L I C E U p g O u t e r 2 × C MS u p g 2 S 2 × C MS c u r r e n t C MS U p g 2 S A L I C E U p g I n n e r Mi mo s a 2 6 c h i p . 5 1 1 . 5 2 2 . 5

Mu l t i p l e s c a t t e r i n g , p = 1 G e V / c

S c a t t e r i n g a n g l e [ mr a d ]

SLIDE 46

Mu l t i p l e s c a t t e r i n g a n g l e

B e t a r g e t [ 1 . 5 c m] C MS U p g P S C MS U p g P i x e l B e t a r g e t [ . 5 c m] L H C b V E L O p i x A L I C E U p g O u t e r 2 × C MS u p g 2 S 2 × C MS c u r r e n t C MS U p g 2 S A L I C E U p g I n n e r Mi mo s a 2 6 c h i p . . 5 . 1 . 1 5 . 2

Mu l t i p l e s c a t t e r i n g , p = 1 4 G e V / c

S c a t t e r i n g a n g l e [ mr a d ]

SLIDE 47

R e s

l

u t i

n

d

mi

n a t e d b y MS u p t

1

~ 1 G e V / c

1 10 100 1000 1E-03 1E-02 1E-01 1E+00 1E+01

2×CMS upg 2S 2×CMS current LHCb VELOpix CMS Upg Pixel Mimosa26 chip ALICE Upg Inner Spec reference

p [GeV] θ res [mrad]

S c a t t e r i n g ma t e r i a l : fj r s t l a y e r

n

l y m=( x X 0)det MS a n g l e : ΔθMS= 13.6 p/MeV √m× (1+0.038 lnm) A n g l e i n t r i n s i c r e s

l

u t i

n

: ΔθI= Δx √2 0.5 m Δθ

2=ΔθI 2+ ΔθMS 2

A n g l e r e s

l

u t i

n

:

140

SLIDE 48

R e s

l

u t i

n

d

mi

n a t e d b y MS u p t

2

~ 2 6 G e V / c

1 10 100 1000 1E-03 1E-02 1E-01 1E+00 1E+01

2×CMS upg 2S 2×CMS current LHCb VELOpix CMS Upg Pixel Mimosa26 chip ALICE Upg Inner Spec reference

p [GeV] θ res [mrad]

S c a t t e r i n g ma t e r i a l : fj r s t l a y e r + . 5 c m B e m=( x X 0)det +( 0.5cm 35 cm )Be MS a n g l e : ΔθMS= 13.6 p/MeV √m× (1+0.038 lnm) A n g l e i n t r i n s i c r e s

l

u t i

n

: ΔθI= Δx √2 0.5 m Δθ

2=ΔθI 2+ ΔθMS 2

A n g l e r e s

l

u t i

n

:

140

SLIDE 49

N

r

ma l i z a t i

n

r e g i

n

: s i mi l a r p e r f

r

ma n c e

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

2×CMS upg 2S 2×CMS current LHCb VELOpix CMS Upg Pixel Mimosa26 chip ALICE Upg Inner Spec reference

p [GeV] θ res [mrad]

S c a t t e r i n g ma t e r i a l : fj r s t l a y e r + . 5 c m B e m=( x X 0)det +( 0.5cm 35 cm )Be MS a n g l e : ΔθMS= 13.6 p/MeV √m× (1+0.038 lnm) A n g l e i n t r i n s i c r e s

l

u t i

n

: ΔθI= Δx √2 0.5 m Δθ

2=ΔθI 2+ ΔθMS 2

A n g l e r e s

l

u t i

n

:

SLIDE 50

S i g n a l r e g i

n

( . 3 < x < . 6 ) : s i mi l a r p e r f

r

ma n c e

2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

2×CMS upg 2S 2×CMS current LHCb VELOpix CMS Upg Pixel Mimosa26 chip ALICE Upg Inner Spec reference

p [GeV] θ res [mrad]

S c a t t e r i n g ma t e r i a l : fj r s t l a y e r + . 5 c m B e m=( x X 0)det +( 0.5cm 35 cm )Be MS a n g l e : ΔθMS= 13.6 p/MeV √m× (1+0.038 lnm) A n g l e i n t r i n s i c r e s

l

u t i

n

: ΔθI= Δx √2 0.5 m Δθ

2=ΔθI 2+ ΔθMS 2

A n g l e r e s

l

u t i

n

:

SLIDE 51

S i g n a l r e g i

n

( x > . 6 ) : MA P S > p i x e l > s t r i p s

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20

2×CMS upg 2S 2×CMS current LHCb VELOpix CMS Upg Pixel Mimosa26 chip ALICE Upg Inner Spec reference

p [GeV] θ res [mrad]

S c a t t e r i n g ma t e r i a l : fj r s t l a y e r + . 5 c m B e m=( x X 0)det +( 0.5cm 35 cm )Be MS a n g l e : ΔθMS= 13.6 p/MeV √m× (1+0.038 lnm) A n g l e i n t r i n s i c r e s

l

u t i

n

: ΔθI= Δx √2 0.5 m Δθ

2=ΔθI 2+ ΔθMS 2

A n g l e r e s

l

u t i

n

: D e t e c t

r

i n t r i n s i c r e s

l

u t i

n

i s t h e

n

l y r e l e v a n t p a r a me t e r w h e r e MS i s n e g l i g i b l e

SLIDE 52

C

n

t a mi n a t i

n

f r

m

l

w

e n e r g y e l e c t r

n

s

. 2 . 4 . 6 . 8 1 1 . 2 1 . 4 . 2 . 4 . 6 . 8 1 1 . 2 1 . 4 5 1 1 5 2 2 5 3

. 6 . 8 1 1 . 5 2 3 4 5 6 7 8 9 1

e s c a t t e r i n g a n g l e [ r a d ] e a v e r a g e mu l t i p l e s c a t t e r i n g i n . 5 c m B e [ r a d ] e r a n g e i n B e [ mm]

Ee [MeV]

SLIDE 53

S ma l l c

n

t a mi n a t i

n

f r

m

l

w

e n e r g y e l e c t r

n

s

. 5 . 1 . 1 5 . 2 . 2 5 . 3 . 5 . 1 . 1 5 . 2 . 2 5 . 3 e s c a t t e r i n g a n g l e [ r a d ] e a v e r a g e mu l t i p l e s c a t t e r i n g i n . 5 c m B e [ r a d ]

SLIDE 54

L

w

e n e r g y e l e c t r

n

s s h

u

l d b e t a g g e d

2 4 6 8 1 1 2 1 4 5 1 1 5 2 2 5

x / X ₀ = . 5 % x / X ₀ = 1 . % x / X ₀ = 1 . 5 %

E e [ G e V ] θ / θ MS

SLIDE 55

. . 1 . 1 1 . 5 1 1 5 2 2 5 3 3 5

x / X ₀ = . 5 % x / X ₀ = 1 . % x / X ₀ = 1 . 5 %

E e [ G e V ] θ / θ MS

L

w

e n e r g y e l e c t r

n

s s h

u

l d b e t a g g e d

T h e s e d

n
t

e v e n c r

s

s 3 µ m S i θ > 1 × θ MS E v e n t s t

b

e t a g g e d i n s

me

w a y

SLIDE 56

N

t
n

l y t h e t r a c k a n g l e

µ e C

p

l a n a r i t y µ e I n t e r a c t i

n

d e p t h e Mu l t i p l e s c a t t e r i n g

T h e t r a c k e r p r

v

i d e s mo r e i n f

r

ma t i

n
n

t h e t r a c k t h a n j u s t i t s a n g l e . T h e s e t h r e e p a r a me t e r s c a n b e u s e d a s i n p u t t

a

g l

b

a l t r a c k q u a l i t y p a r a me t e r . U s u a l l y d E / d x i s a n

t

h e r d i s c r i mi n a t

r

, b u t u n f

r

t u n a t e l y i t i s n

t

s i g n i f c a n t i n

u

r r a n g e

f

e n e r g i e s

SLIDE 57

τ a n d t r i g g e r r a t e d e fj n e

p

e r a t i

n

mo d e

. 1 . 1 1 . 1 1 1 1 C MS L H C h y b r i d C MS H L

L

H C h y b r i d L H C b V E L O p i x A l i c e A l p i d e I n t e g r a t i

n

t i me τ [ µ s ] Ma x t r i g g e r r a t e r [ MH z ]

τ = 1 / r

T r i g g e r l e s s T r i g g e r e d

SLIDE 58

P i l e

u

p i n t h e d e t e c t

r

N µ N µ = r × τ e . g . N µ = 1 MH z × 2 5 n s = . 2 5 e . g . N µ = 1 MH z × 1 µ s = 1

T h e p i l e

u

p i s t h e n u mb e r

f

e v e n t s t h a t y

u

e x p e c t t

s

e e i f t r i g g e r i n g r a n d

ml

y . I f t h e i n c

mi

n g p a r t i c l e s a r e n

t

c

r

r e l a t e d i n t i me w i t h a b u n c h s t r u c t u r e , a n d i f a n e fc i e n t t r i g g e r i s u s e d t

s

e l e c t

n

e p a r t i c l e , t h e n

n

e e x p e c t s t

r

e c

r

d t h e s i g n a l f r

m

t h a t p a r t i c l e , p l u s N µ

t

h e r f r

m

t h e p i l e

u

p

SLIDE 59

P i l e

u

p i n t h e d e t e c t

r

N µ N µ = r × τ e . g . N µ = 4 MH z × 2 5 n s = 1 e . g . N µ = 4 MH z × 1 µ s = 4

T h e p i l e

u

p i s t h e n u mb e r

f

e v e n t s t h a t y

u

e x p e c t t

s

e e i f t r i g g e r i n g r a n d

ml

y . I f t h e i n c

mi

n g p a r t i c l e s a r e n

t

c

r

r e l a t e d i n t i me w i t h a b u n c h s t r u c t u r e , a n d i f a n e fc i e n t t r i g g e r i s u s e d t

s

e l e c t

n

e p a r t i c l e , t h e n

n

e e x p e c t s t

r

e c

r

d t h e s i g n a l f r

m

t h a t p a r t i c l e , p l u s N µ

t

h e r f r

m

t h e p i l e

u

p

SLIDE 60

D e t e c t

r

i n t e g r a t i

n

t i me

H

y b r i d p i x e l s & s t r i p s f

r

( H L

)

L H C : 2 5 n s

A

L P I D E : 1 µ s

Mi

mo s a 2 6 : 1 1 2 µ s

L H C H y b r i d A l p i d e Mi mo s a 2 6 1 1 1 1 1 1 4 1 4 5 6

E x p e c t e d p i l e

u

p e v e n t s

SLIDE 61

S y s t e ma t i c s : a c c u r a t e ma t e r i a l b u d g e t ma p

N e w t e c h n i q u e r e c e n t l y d e v e l

p

e d a t D E S Y : me a s u r e me n t

f

s c a t t e r i n g a n g l e

n

e a c h p

i

n t

D E S Y : 1

3

G e V e l e c t r

n

s w i t h a Mi mo s a

2

6 t e l e s c

p

e i s a v a i l a b l e : me a s u r e me n t

f

ma t e r i a l a mo u n t b y me a s u r i n g t h e e l e c t r

n

s c a t t e r i n g

n

a s u r f a c e .

O b j e c t p l a c e d i n a 3 G e V e l e c t r

n

b e a m i n s i d e a Mi mo s a t e l e s c

p

e

SLIDE 62

S y s t e ma t i c s : a c c u r a t e ma t e r i a l b u d g e t ma p

N e w t e c h n i q u e r e c e n t l y d e v e l

p

e d a t D E S Y : me a s u r e me n t

f

s c a t t e r i n g a n g l e

n

e a c h p

i

n t

Mr . J a n

H

e n d r i k A r l i n g ( D E S Y ) , Ms . Mi c h a e l a Q u e i t s c h

Ma

i t l a n d ( D E S Y ) , R a d i a t i

n

l e n g t h me a s u r e me n t s f

r

t h e A T L A S I T k S t r i p D e t e c t

r

6 t h B e a m T e l e s c

p

e s a n d T e s t B e a ms Wo r k s h

p

2 1 8 h t t p s : / / i n d i c

.

d e s y . d e / i n d i c

/

e v e n t / 1 8 5 /

t

h e r

v

i e w ? v i e w = s t a n d a r d

E x a c t ma t e r i a l d i s t r i b u t i

n

R e v e a l s i n t e r n a l s t r u c t u r e ( l i k e x

r

a y ) , b u t p r

v

i d e s d i r e c t me a s u r e

f

x / X ₀

D E S Y : 1

3

G e V e l e c t r

n

s w i t h a Mi mo s a

2

6 t e l e s c

p

e i s a v a i l a b l e : me a s u r e me n t

f

ma t e r i a l a mo u n t b y me a s u r i n g t h e e l e c t r

n

s c a t t e r i n g

n

a s u r f a c e .

SLIDE 63

S y s t e ma t i c s : t r a c k

b

a s e d “ a l i g n me n t ”

S

f

w a r e t r a c k

b

a s e d “ a l i g n me n t ” i s n e e d e d t

r

e a c h n

mi

n a l a c c u r a c y . Mi s

a

l i g n me n t c a n b e t h e b i g g e s t s y s t e ma t i c u n c e r t a i n t y . P i t f a l l : w e a k mo d e s

We a k mo d e s i n A T L A S C . E s c

b

a r , V e r t e x 2 8

P h y s i c s p r

c

e s s e s u s e d i n C MS a n d A T L A S t

c
n

t r

l

w e a k mo d e s . D i f e r e n t s t r a t e g y n e e d e d i n MU

n

E ?

A s

f

w a r e t e c h n i q u e n a me d “ a l i g n me n t ” w a s d e v e l

p

e d t

a

c c u r a t e l y d e t e r mi n e t h e a c t u a l p

s

i t i

n
f

d e t e c t

r

mo d u l e s , w h i c h c

n

s i s t s i n v a r y i n g t h e d e t e c t

r

p

s

i t i

n

t

mi

n i mi z e t h e χ ²

v

e r a l a r g e s a mp l e

f

t r a c k s . T h i s i s a l w a y s n e e d e d t

r

e a c h n

mi

n a l a c c u r a c y , a s n

me

c h a n i c s a s s e mb l y p r

c

e d u r e c a n r e a s

n

a b l y r e a c h t h e d e t e c t

r

r e s

l

u t i

n

. A d e t e c t

r

mi s

a

l i g n me n t c a n b e t h e b i g g e s t s y s t e ma t i c u n c e r t a i n t y . U n f

r

t u n a t e l y t h e t r a c k s χ ² d i s t r i b u t i

n

i s i n v a r i a n t t

c

e r t a i n d e t e c t

r

mo v e me n t s , w h i c h a r e c a l l e d w e a k mo d e s . C MS a n d A T L A S f

u

n d s e v e r a l p h y s i c s p r

c

e s s w h i c h a r e s e n s i t i v e t

t

h e s e mo d e s ( e . g . i n C MS : r e c

n

s t r u c t e d Z ma s s s h

u

l d b e i n d e p e n d e n t t

t

h e t r a c k d i r e c t i

n

s ) . T h i s a s p e c t s h

u

l d b e t a k e n i n t

a

c c

u

n t i n d e s i g n i n g t h e MU

n

E d e t e c t

r

.

SLIDE 64

Ma i n t r a c k i n g

r

e l a t e d s y s t e ma t i c s

D

e t e c t

r

mi s

a

l i g n me n t

Mu

l t i p l e s c a t t e r i n g p a r a me t r i z a t i

n
U

n i f

r

mi t y

f

t r a c k i n g e fc i e n c y

U

n i f

r

mi t y

f

ma t e r i a l b u d g e t T h e s e s h

u

l d b e s t u d i e d t h r

u

g h d e d i c a t e d b e a m t e s t s w i t h p a r t i c l e s

f

k n

w

n e n e r g y

SLIDE 65

6 5

MU

n

E t r a c k e r p a r a me t e r s F i g u r e s

f

me r i t i n s i l i c

n

d e t e c t

r

s A n a l y t i c a p p r

a

c h t

d

e t e c t

r
p

t i mi z a t i

n

O v e r v i e w

f

c u r r e n t d e t e c t

r

s I n i t i a l c

n

s i d e r a t i

n

s

n

d e t e c t

r

r e s

l

u t i

n

a n d s y s t e ma t i c e r r

r

s

O u t l i n e

SLIDE 66

6 6