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

S i l i c o n d e t e c t o r s : s t a t e o f t h e a r t & p o s s i b l e o p t i o n s f o r MU o n E S t e f a n o Me r s i , C E R N T h e E v a l u a t i o n o f t h e L e a d i n g H a d r o n i c C o n t r i b u t i o n t o t h e Mu o n A n o ma l o 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 0 1 8 Ma i n z I n s t i t u t e f o r T h e o r e t i c a l P h y s i c s T h i s r e g i o n o f t h e p r e s e n t a t i o n c o n t a i n s c o mp l e me n t a r y i n f o r ma t i o n t o h e l p t h o s e w h o w a n t t o r e a d i t o f - l i n e P l e a s e i g n o r e t h i s s e c t i o n o f t h e s l i d e … s t a r t i n g f r o m t h e n e x t o n e

O u t l i n e MU o 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 o f me r i t i n s i l i c o n d e t e c t o r s A n a l y t i c a p p r o a c h t o d e t e c t o r o p t i mi z a t i o n O v e r v i e w o f c u r r e n t d e t e c t o r s I n i t i a l c o n s i d e r a t i o n s o n d e t e c t o r r e s o l u t i o n a n d s y s t e ma t i c e r r o r s 2

O u t l i n e MU o 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 o f me r i t i n s i l i c o n d e t e c t o r s A n a l y t i c a p p r o a c h t o d e t e c t o r o p t i mi z a t i o n O v e r v i e w o f c u r r e n t d e t e c t o r s I n i t i a l c o n s i d e r a t i o n s o n d e t e c t o r r e s o l u t i o n a n d s y s t e ma t i c e r r o r s 3

MU o n E t r a c k e r p a r a me t e r s m t o t a l B e t a r g e t s e g me n t e d i n 6 0 s t a t i o n s w i t h m t a r g e t 6 0 c 1 c 3 0 m t o t a l d e t e c t o r l e n g t h S i l i c o n d e t e c t o r s 1 0 × 1 0 c m ² R e s o l v e e a c h µ , e t r a c k w i t h u n i f o r m e fc i e n c y B e s t p o s s i b l e r e s o l u t i o n o n θ µ , θ e µ r a t e : 4 0 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 o n : 2 5 n s ( p e a k ) → 7 7 n s ( a v e r a g e d ) C o l l e c t ~ 3 . 8 × 1 0 ¹ ² e v e n t s w i t h E > 1 G e V i n ~ 2 y e a r s e S c a t t e r i n g p r o b a b i l i t y ( E > 1 G e V ) : 1 . 2 1 × 1 0 ¯ ⁴ / c m e 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 o n – 2 9 1 k H z o v e r a l l S c a t t e r i n g s e p a r a t i o n : 2 0 6 µ s p e r s t a t i o n – 3 µ s o v e r a l l ● T h e s e g me n t a t i o n o f B e t a r g e t , t h e n u mb e r o f me a s u r i n g s t a t i o n s ( a n d t h e n u mb e r o f p l a n e s p e r s t a t i o n ) a r e d e t e c t o r p a r a me t e r s t o b e o 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 o b e d e f n e d : o n e o p t i o n i s t o r u n , w h i c h w o u l d r e q u i r e a ma j o r e f o r t i n o n - l i n e d a t a i n t e r p r e t a t i o n : e v e n a s s u mi n g t r i g g e r - l e s s v e r y l a r g e e n o u g h b u f e r s e a c h e v e n t w o u l d h a v e t o b e a n a l y z e d w i t h i n 7 7 n s o f c o mp u t i n g t i me . A n o t h e r o p t i o n i s t o i mp l e me n t a ( s c i n t i l l a t o r ? ) t r i g g e r i n e a c h s t a t i o n , p o 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 o 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 o u l d r e d u c e t h e n u mb e r o f e v e n t s t o b e r e a d o u t t o < 1 0 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 o l l o w s : 6 3 % b e a m a v a i l a b i l i t y o 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 0 MH z mu o n r a t e B e a m: σ ( µ e → µ e , E e > 1 G e V ) = 2 4 5 µ b , B e e l e c t r o n d e n s i t y = 5 × 1 0 ² ³ / c m ³ S c a t t e r i n g : 4

O u t l i n e MU o 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 o f me r i t i n s i l i c o n d e t e c t o r s A n a l y t i c a p p r o a c h t o d e t e c t o r o p t i mi z a t i o n O v e r v i e w o f c u r r e n t d e t e c t o r s I n i t i a l c o n s i d e r a t i o n s o n d e t e c t o r r e s o l u t i o n a n d s y s t e ma t i c e r r o r s 5

R e l e v a n t fj g u r e s o f me r i t f o r s i l i c o n d e t e c t o r s Ma t e r i a l a mo u n t → f r o n t - e n d , me c h a n i c s , s e r v i c e s F r o n t - e n d → f r o n t - e n d r e s p o n s e t i me S i n g l e - h i t r e s o l u t i o n → f r o n t - e n d + s e n s o r s S i n g l e - h i t → f r o n t - e n d ( n o i s e ) + s e n s o r s ( s i g n a l ) e fc i e n c y Ma x i mu m r e a d o u t r a t e → f r o n t - e n d o f a c t i v e r e g i o n → f r o n t - e n d + s e n s o r s S i z e A l mo s t a l l f g u r e s o f me r i t i n s i l i c o n d e t e c t o 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 o f f r o n t - e n d e l e c t r o n i c s . R a d i a t i o o n n d d a ma g e i s a n o t a b l e e x c e p t i o n , w h e r e s e n s o r d e s i g n i s c r u c i a l t o 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 o n me n t s w i t h a h i g h h a d r o n f u e n c e , b u t t h i s i s n o t r e l e v a n t f o r t h e MU o n E e x p e r i me n t . 6

R e l e v a n t fj g u r e s o f me r i t f o r s i l i c o n d e t e c t o r s Ma t e r i a l a mo u n t → f r o n t - e n d , me c h a n i c s , s e r v i c e s F r o n t - e n d → f r o n t - e n d r e s p o n s e t i me S i n g l e - h i t r e s o l u t i o n → f r o n t - e n d + s e n s o r s S i n g l e - h i t → f r o n t - e n d ( n o i s e ) + s e n s o r s ( s i g n a l ) e fc i e n c y Ma x i mu m r e a d o u t r a t e → f r o n t - e n d o f a c t i v e r e g i o n → f r o n t - e n d + s e n s o r s S i z e 7