The CMS HL-LHC Upgrades and Proposed U.S. CMS Contributions Vivian - - PowerPoint PPT Presentation

The CMS HL-LHC Upgrades and Proposed U.S. CMS Contributions

Vivian O’Dell, U. S. CMS HL-LHC USCMS Project Manager February 2, 2016

Outline

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§ Quick outline of the physics § The LHC and CMS § CMS Upgrades § Funding and Costs § Safety

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

§ Fermilab scientist since 1993 § Previous experiments: UA1, ZEUS, KTeV, D0

§ Main technical area of expertise: Trigger / DAQ / Calorimetry / Computing § Main (collider) analysis areas: QCD, Jet Physics, Photon physics

• QCD convener at D0 and CMS

§ Project Management experience

§ Project manager for KTeV Data Acquisition § Project manager for D0 Run IIb upgrades § USCMS Level 2 Project Manager for Data Acquisition from 2002 – completion of construction project. Continued as the leader of the USCMS DAQ effort in the Operations Program. § USCMS Deputy Detector Operations Manager (2011-2013) and Detector Operations Manager (2014)

§ USCMS HL-LHC Upgrade Project Manager since January 1, 2015

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USCMS Phase 2 (HL-LHC) Upgrade Manager

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Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

The “Standard Model” in Brief

In the 1960’s, theorist postulated that by adding in an additional force mediated by the Higgs boson, we can explain the wide variation of masses in quarks and leptons

§ Particles interact with the Higgs boson according to their mass

Particle physicists have been searching for the Higgs ever since by using progressively larger particle accelerators

Discovering the Higgs was a major achievement of the first run of the LHC

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Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

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The “Standard Model” in Brief

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§ The Standard Model has been fantastically successful

§ Precision measurements over the last few decades confirm this picture

§ But – there is much not yet understood

§ Why are quark masses so different?

• From u/d masses of a few MeV to t mass of ~170 GeV
• Why are the W/Z masses not zero, like the photon mass?
• Why are neutrinos nearly massless?

§ To make predictions within the Standard Model, all these parameters have to be put in by hand… § Why is the Higgs mass relatively low – a higher mass would be more natural in the Standard Model § And there is strong evidence from cosmology for “Dark Matter” – a form of matter only seen so far through it’s gravitational effect. How is DM related to the Standard Model?

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

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The Particle Physics Project Prioritization Panel (P5) recommended in 2014 ranked the HL- LHC as the highest-priority near-term large project in the U. S.

The Large Hadron Collider

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§ Large international effort and collaboration

§ Can accelerate protons up to 7 TeV

• (as a reminder, the Fermilab Tevatron accelerator accelerated protons up to 1

TeV)

§ Built to explore the Standard Model, to look for surprises not explained by the Standard Model, and to continue the decades long search for the Higgs § By smashing high energy protons together, we can create the particles predicted by the Standard Model and study them – at higher energies means we can create more massive and/or rare particles

§ The accelerator collides protons inside particle detectors

§ These detectors are massive state of the art tools for discovery § There are two general purpose detectors, CMS and ATLAS § Both of these are built and upgraded in large, international collaborations

• For example, CMS has ~ 4300 scientists, engineers & technicians from 40

countries and 180 institutes – and ATLAS is similar

§ Compact Muon Solenoid (CMS)

§ (Only compact relative to ATLAS) § 12,000 tons, or 30 jumbo jets or 2,500 African elephants § 15 meters in diameter

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How does this international effort work?

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§ The accelerator is based at CERN (the European Center for Particle Physics), which a laboratory near Geneva, Switzerland

§ Hosted by Switzerland, funded by 21 member nations § Also have “observer” nations – of which the U. S. is one (the U. S. is not a member of CERN)

§ CERN has been incredibly successful, and work related to CERN has earned 3 Nobel prizes (one in 1984 for work leading to the discovery of the W/Z, one in 1992 for particle detector development, and another recently which I’ll describe in a minute)

§ The U. S. has had a long history in working at CERN – U. S. Scientists contributed to the experiments which discovered the W/Z and have been working on many CERN experiments over the last 50 years

§ In fact, CERN has been so successful in international cooperation, that it is being used as the model for the international neutrino program, based at Fermilab

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Large Hadron Collider

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• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Straddles ¡France ¡/ ¡Switzerland ¡ Highest ¡energy ¡collider ¡in ¡the ¡world! ¡ Smashing ¡Protons ¡Since ¡2010 ¡

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• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

LHC ¡: ¡27 ¡km ¡long ¡ ~100m ¡underground ¡

Since ¡2010 ¡ Straddles ¡France ¡/ ¡Switzerland ¡ Highest ¡energy ¡collider ¡in ¡the ¡world! ¡ Smashing ¡Protons ¡Since ¡2010 ¡

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Major U. S. Contributions to LHC

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Huge ¡Internatonal ¡Effort! ¡

• U. ¡S. ¡contributed ¡$531M ¡

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The CMS Detector

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• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

§ And it’s European?

§ Out of all the countries on CMS and ATLAS, the U. S. has the largest number of people involved with CERN § U. S. Industries have built electronics and large detector components for both CMS and ATLAS

§ The U. S. built about 25%

• f the CMS detector

§ And we are growing – now about 29% of the collaboration

§ U. S. contributed $331M to detectors for the LHC in the original construction

LHC past: In a Nutshell

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Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

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Where we are now

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§ The Higgs Boson has been found

§ We don’t understand its mass § This discovery was a triumph for the entire field

§ The properties of the Higgs match the SM prediction within our ability to measure it

§ For mass / spin-parity this is pretty good § For couplings, our present ability allows us to (only) see large deviations from SM predictions

§ What do we want to do in the future?

§ Measure couplings much more precisely

• More stringent tests of SM

§ Look for new phenomena

• The (lightish) mass of the Higgs implies there are more things at play
• Fine-tuning? (i.e. SM parameters are what they are just because)
• Additional Higgs / Beyond Standard model particles

§ Will we find anything new at the LHC § If not, what next? § If we do, what next?

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LHC: the plan towards High Luminosity

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Run ¡I ¡ Run ¡II ¡ Run ¡III ¡ Run ¡IV ¡

Shutdowns ¡

We ¡are ¡here ¡(2016) ¡ 30 ¡month ¡shutdown ¡ ¡ to ¡install ¡HL-­‑LHC ¡upgrades ¡ (2024) ¡(Long ¡Shutdown ¡3 ¡or ¡LS3) ¡ HL-­‑LHC ¡running ¡~10 ¡years ¡ starBng ¡in ¡mid ¡2026 ¡

• High ¡Luminosity ¡(meaning ¡many ¡collisions) ¡LHC ¡(HL-­‑LHC) ¡running ¡starts ¡in ¡mid ¡2026 ¡
• Expect ¡to ¡collect ¡~ ¡3000 ¡_-­‑1 ¡(compared ¡to ¡our ¡current ¡total ¡of ¡~25 ¡_-­‑1) ¡of ¡data ¡

Long ¡Shutdown ¡2 ¡ Long ¡Shutdown ¡1 ¡

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Physics Reach of the HL-LHC

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• 2-10% on Higgs couplings

– (currently up to 30%!)

• Evidence of di-Higgs production
• Access to small cross section

SUSY processes

• Several other SM rare

processes and BSM physics predictions

• … and increased mass range
• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

HL-LHC: the challenges

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0.75 ¡1034 ¡cm-­‑2s-­‑1 ¡ 50 ¡ns ¡bunch ¡ ¡ high ¡pile ¡up ¡∼40 ¡ ¡ 1.5 ¡1034 ¡cm-­‑2s-­‑1 ¡ 25 ¡ns ¡bunch ¡ ¡ pile ¡up ¡∼40 ¡ 1.7-­‑2.2 ¡1034 ¡cm-­‑2s-­‑1 ¡ 25 ¡ns ¡bunch ¡ ¡ ¡pile ¡up ¡∼60 ¡

Run ¡I ¡ Run ¡II ¡ Run ¡III ¡

~5(7.5!) ¡1034 ¡cm-­‑2s-­‑1 ¡ 25 ¡ns ¡bunch ¡ ¡ ¡pile ¡up ¡∼140 ¡-­‑ ¡200 ¡

Run ¡IV ¡

50 ¡⇒ ¡25 ¡ns ¡

walloping ¡rates, ¡lots ¡of ¡collision ¡debris, ¡need ¡good ¡parBcle ¡resoluBon, ¡ radiaBon ¡hard ¡detectors ¡to ¡last ¡10 ¡years ¡

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Upgrade Strategy

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§ The international CMS collaboration made an extensive, multi-year study of how to optimize the detector for High- Luminosity LHC running

§ This is written up in the CMS Technical Proposal § The upshot is an international detector upgrade costing 265 MCHF in construction materials cost only § The CMS collaboration studied the performance of two additional detector upgrade scenarios costing 242 / 208 MCHF respectively

• This is detailed in the Scoping Document

§ In the end, the CMS collaboration demonstrated that the lowest cost scenario degrades performance to an unacceptable level

§ CERN management proposed and the LHC Resources Review Board (RRB) endorsed, that the upgrades for each of CMS and ATLAS should be at the level of 240-265MCHF / experiment.

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Upgrade Strategy

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§ HL-LHC enables a broad physics program: all physics objects – detectors – remain equally important § To optimize the detector performance must consider:

§ Radiation hardness, extended η coverage, much improved timing and particle resolutions to combat pileup

§ Enhanced role of forward region, particularly to study VBF/ VBS processes (more precise Higgs couplings), improve missing ET resolution for new physics

§ Forward region is extremely challenging given the high instantaneous luminosity / pile up conditions § This is a main focus of the Forward Pixel detector (NSF flagship detector) and of the High Granularity Calorimeter (with strong DOE participation)

§ Another main thrust is to improving the ability to collect data at high rates

§ More sophisticated triggering, improved trigger object resolutions, ability to handle longer latencies, online merging and reconstruction of much more complicated events

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

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§ The U. S. CMS collaboration has had responsibility in:

§ Tracking

• Outer tracker construction, integration, Forward Pixels (both original

construction and Upgrades)

§ Calorimetry

• Hadron Calorimetry

– Barrel (HCAL Barrel), Endcap (HCAL endcap), Forward (HCAL Forward)

• Electromagnetic Calorimetry

– Construction of endcaps, data links, laser calibration system

§ Trigger / Data Acquisition

• Calorimeter trigger (both original construction and Phase 1 upgrade),

endcap muon track finder, Data Acquisition event building and data storage / transfer system (both for original system and Phase 1 upgrade), Higher Level Trigger

§ Muons

• Endcap Cathode Strip Chambers and electronics for original

construction project and additional chambers installed in Long Shutdown 1, endcap muon trigger

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Past and current U. S. work on CMS

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

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§ The U. S. CMS proposed contributions grew out of several U. S. CMS workshops and U. S. CMS Principal Investigator meetings § This is an iterative process – we have to fit within the

• U. S. CMS community as well as the international CMS

community § What we are presenting today represents the culmination

• f several iterations between the project and U. S.

institutions and the project with international CMS

§ As well as the project with DOE / NSF for funding guidance

§ Many of the U. S. L2 project managers have served as international CMS project managers in their area of expertise

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Proposed Contributions

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§ U. S. CMS is building on its unique expertise to contribute to the CMS upgrades in:

§ Tracking

• Outer tracker construction, integration, forward pixels (as an NSF

flagship project), new Level 1 Track Finder

§ Calorimetry

• Replacing inner barrel scintillator layers with radiation hard scintillator
• Upgrading backend electronics on both hadron and electromagnetic

barrel calorimeters

• Leadership roles in novel silicon endcap calorimeter

§ Trigger / Data Acquisition

• Upgrades to calorimeter trigger, muon trigger and new “track-correlator”

which correlates tracks from the Level 1 Track Finder, calorimeter, muon information

• Continue partnership in Data Acquisition, with lead roles in event

building and event storage / transfer, HLT

§ Muons

• Upgrade of off-detector muon chamber electronics
• Additional electronics (for forward muon trigger) for the new GEM

chambers which extend muon η coverage and redundancy, improve L1 muon trigger pT resolution

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Contributions to HL-LHC Upgrades

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

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CMS upgrades and the role of the U. S

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• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

NSF ¡focus ¡on ¡ ¡ forward ¡tracking, ¡ forward ¡muons, ¡ ¡ trigger ¡

Project schedule

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• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡ 24

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Project schedule – International and U. S.

FY25 ¡ FY24 ¡ FY23 ¡ FY22 ¡ FY21 ¡ FY20 ¡ FY19 ¡ FY18 ¡ FY17 ¡ FY16 ¡ FY15 ¡

CD4 ¡ CD1 ¡ CD2 ¡ CD3 ¡ CD0 ¡

LS ¡2 ¡ LS ¡3 ¡ Physics ¡ Physics ¡

CDR ¡ PDR ¡ CD3A ¡ FDR ¡

NSF ¡review ¡steps ¡ DOE ¡review ¡steps ¡

Project Organization

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Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

402.01 ¡HL-­‑LHC ¡CMS ¡Detector ¡Upgrade ¡Project ¡ ¡ ¡Project ¡Office ¡ Project ¡Manager: ¡ ¡ ¡V. ¡O’Dell ¡ Deputy ¡PM: ¡ ¡ ¡A. ¡Ryd ¡ CMS ¡HL-­‑LHC ¡ ¡liaison: ¡ ¡J. ¡Spalding ¡ ESH&Q ¡Coordinator: ¡ ¡G. ¡Snow ¡ Project ¡Controls: ¡ ¡ ¡W. ¡Freeman ¡(interim) ¡ Project ¡Finance: ¡ ¡ ¡J. ¡Teng ¡ Risk ¡Manager: ¡ ¡ ¡L. ¡Taylor ¡ Project ¡Electronics ¡Engineer ¡TBN ¡ Project ¡Mechanical ¡Engineer ¡TBN ¡ 402.02 ¡Tracker ¡ L2 ¡Manager: ¡K. ¡Ecklund ¡ L2 ¡Manager: ¡C. ¡Hill ¡ 402.02.03 ¡FPIX ¡ ¡ L3 ¡Manager: ¡ ¡

• A. ¡Dominguez ¡

402.02.04 ¡OT ¡ ¡ L3 ¡Manager: ¡ ¡

• G. ¡Bolla ¡

402.02.05 ¡TT ¡ ¡ L3 ¡Manager: ¡ ¡

• P. ¡Wimch ¡

402.03 ¡Barrel ¡Cal. ¡ ¡ L2 ¡Manager: ¡C. ¡Jessop ¡

402.03.03 ¡ECAL ¡ ¡ L3 ¡Manager: ¡ ¡

• B. ¡Hirosky ¡

402.02.04 ¡HCAL ¡ L3 ¡Manager: ¡ ¡

• A. ¡Belloni ¡

402.04 ¡Endcap ¡Cal. ¡ ¡ L2 ¡Manager: ¡J. ¡Mans ¡

402.04.03 ¡Sensors/Modules ¡ L3 ¡Managers: ¡ ¡

• N. ¡Akchurin, ¡M. ¡Paulini ¡ ¡ ¡

402.04.04 ¡CasseWes ¡ L3 ¡Manager: ¡J. ¡Strait ¡ 402.04.05 ¡BH ¡AcXve ¡ L3 ¡Manager: ¡TBN ¡ 402.04.06 ¡Electronics ¡and ¡ Services ¡ L3 ¡Manager: ¡M. ¡Klute ¡ 402.05 ¡Endcap ¡Muons ¡ L2 ¡Manager: ¡A. ¡Safonov ¡ 402.05.03 ¡CSC ¡ L3 ¡Managers: ¡ ¡

• D. ¡Wood, ¡A. ¡ ¡Korytov ¡ ¡

¡ 402.05.04 ¡GEM ¡ L3 ¡Manager: ¡D. ¡Salzberg ¡ 402.06 ¡Trigger ¡ L2 ¡Manager: ¡J. ¡Berryhill ¡ 402.06.03 ¡Cal ¡Trig ¡ L3 ¡Manager: ¡ ¡

• W. ¡Smith ¡

402.07 ¡DAQ ¡ L2 ¡Manager: ¡TBN ¡ 402.06.04 ¡Muon ¡Trig ¡ ¡ L3 ¡Manager: ¡ ¡

• D. ¡Acosta ¡

402.06.05 ¡Track ¡ Correlator ¡Trig ¡ L3 ¡Manager: ¡ ¡

• R. ¡Cavanaugh ¡
• U. S. CMS HL-LHC Upgrade Organization
• U. ¡S. ¡CMS ¡HL-­‑LHC ¡

Upgrade ¡Project ¡

• OrganizaBon. ¡

¡ ¡ Deputy ¡PM ¡(A. ¡Ryd) ¡ will ¡be ¡the ¡NSF ¡PI. ¡ DOE ¡scope ¡ NSF ¡scope ¡ DOE ¡or ¡NSF ¡ scope ¡(TBD) ¡

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Cost and Funding Profiles

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Funding and Costs

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Funding

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

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§ Funding Profiles from the Agencies

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Funding Profile

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§ Note that for 2016 / 2017 money is assumed to be redirected from the Operations Program for the DOE scope of the upgrades § NSF is proposal driven – they don’t give us a profile

§ However we have been told that $75M in construction funding is the ceiling § More details in Anders’ talk

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• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

§ Project Costs

§ Basis of Estimates (BOEs) comes from a project tool we used to do resource loading

§ These will be refined, then loaded into the standard EVMS certified system (Primavera 6)

§ We assume an average of 3% escalation / year

§ Costed in $FY16

§ We have assessed contingency at ~ level 3 / level 4 (depending on the subsystem) using documented contingency rules

§ See “Cost Estimating” (FRA Procedures Project Management: 12-PM-005)

§ http://www.fnal.gov/directorate/OPMO/PolProc/12.PM-005/ Procedure_12.PM-005_Cost_Estimating.pdf

§ Note that for the Trigger scope, we have fully costed two separate

• ptions. This is due to U. S. CMS having leadership in two different

proposals for the Track Trigger

§ Option 1: led by NSF PI: the Track Trigger is fully FPGA based and funded by

• NSF. The L1 Trigger then becomes a DOE deliverable.

§ Option 2: led by FNAL PI: the Track Trigger uses custom ASICs + FPGAs. It is then a DOE deliverable and the NSF delivers the muon trigger and track trigger correlator

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Costing Methodology

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

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Cost profiles

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• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

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NSF construction profile: Option 1) Tracklet

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

TEC: ¡$75.2 ¡M ¡(includes ¡ 41% ¡cost ¡uncertainty ¡ conBngency ¡+ ¡9% ¡risk ¡ conBngency) ¡ ¡ Guidance ¡$75M ¡

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NSF construction profile: Option 2) L1T

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

TEC: ¡$74.6M ¡ (Includes ¡40% ¡cost ¡ uncertainty ¡ conBngency ¡+ ¡9% ¡ risk ¡conBngency) ¡ ¡ (Guidance ¡$75M) ¡

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DOE construction profile: Option 1) AM+FPGA

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

TEC: ¡$140.1M ¡ 36% ¡conBngency ¡ ¡ (guidance ¡$132.5M) ¡ ¡ (must ¡add ¡~$8-­‑9M ¡for ¡risk!) ¡ ¡ ¡

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DOE construction profile: Option 2) L1T

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

TEC: ¡$132.4 ¡M ¡ 36.5% ¡conBngency ¡ ¡ (guidance ¡$132.5M) ¡ ¡ (must ¡add ¡~$8-­‑9M ¡for ¡risk!) ¡ ¡ ¡

Safety

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• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

§ CERN has significant safety infrastructure

§ Including safety trainings for specific and general tasks

§ Everyone who works on the project follows all of the general safety regulations and guidelines

§ Both at CERN and at their home institutions

§ However, some subprojects have specific safety implications

§ These will be spelled out in the subproject talks § CERN management is aware of these regulations, and our CMS CERN safety officer works with CMS Technical Coordination and CERN management to ensure our work is always done safely

§ You will hear more about ES&H in the management breakout session

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Safety is paramount!

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

Summary

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• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

§ HL-LHC upgrades are a top priority within the U. S. Particle Physics community

§ The U. S. has unique skills and capabilities to contribute to the CMS upgrades § We have defined a scope of work which matches our communities interests and priorities and the needs of international CMS § The costs for NSF are well matched, for DOE the costs are high § We will solve this issue before CD-1

§ The U. S. CMS HL-LHC upgrade project is getting off the ground

§ We should be receiving DOE CD-0 very soon § We have a team of scientists that are expert in their fields leading the efforts § The project is well matched to the U. S. CMS community and to international CMS needs

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Conclusions

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

Backup

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• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

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CMS upgrades for the HL-LHC

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

§ CERN costs everything in what they call “CORE” costs

§ It is in CHF, so we are exposed to exchange rate vagaries § CORE cost include M&S for the construction project only § CORE cost does not include labor, R&D, contingency, overheads, or project management costs § CORE cost does include overall technical coordination and system integration engineering via the “Upgrade Common Fund”

§ Countries participating in CMS pledge in CORE cost currency

§ Typically countries try to pledge a fraction of CORE costs roughly according to their fraction of CMS authors

§ U. S. funding agencies care about total costs

§ Including R&D, labor, project management, system integration, contingency,

• verheads, etc.

§ In order to translate project $$ to CORE CHF, we have to have some preliminary plans of how we are engaging with the overall upgrade plan § This is typically a rather iterative process as international CMS and U. S. CMS define their projects and priorities § What we are presenting today is the culmination of several iterations, but likely not the final iteration

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A note about costing methodologies

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

§ You will be hearing from all of the L2 managers in this plenary session § Additional members of the project office

§ Jeff Spalding (international CMS liason): past co-coordinator of the international CMS upgrades (including Phase 1 and Phase 2). Recently selected to replace Jeremy Mans as deputy CMS upgrade coordinator. § Lucas Taylor (Risk Manager): international expert in risk

• management. Is currently a deputy project manager for the Phase 1

upgrade project § Bill Freeman (interim Project Controls): is advising us on project

• management. We will need a formal project controls person as we

transition to P6 (~ spring / summer 2016) § Greg Snow (ES&H): has chaired both URA and FRA FNAL Board of Overseers ES&H Committees, and was U. of Nebraska Dean’s representative to the university’s ES&H Committee.

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Management and Project Team

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

The “Standard Model” in Brief

3 families of quarks and leptons form the “periodic table” of the standard model: these particles are the building blocks for all matter in the universe Additional particles govern how quarks and leptons interact – these are the gauge bosons (gluons, photons, Z/W bosons) The Standard Model has been fantastically successful

§ Precision measurements over the last few decades confirm this picture

§ But – there are odd things

§ Why are quark masses so different?

• From u/d masses of a few MeV to t

mass of ~170 GeV

• Why are the W/Z masses not zero,

like the photon mass?

• Why are neutrinos nearly massless?

§ To make predictions within the Standard Model, all these parameters have to be put in by hand…

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

45 ¡

LHC Upgrades: High Priority!

46 ¡

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

Large Hadron Collider Racetrack

`

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

47 ¡ Director's ¡ Review ¡-­‑ ¡

• U. ¡S. ¡CMS ¡

ContribuB

` ` ` ` ` ` ` ` ` `

LHC past: In a Nutshell

Nobel ¡prize ¡#3: ¡Englert ¡ and ¡Higgs! ¡ ¡

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

48 ¡

§ The BOE’s are a useful tool for collecting documentation, WBS dictionary and costs by FY § A full description of how each BOE was arrived at is not documented in many of the BOE’s – but these will be addressed in breakout session talks, and documented § A lot of detailed costing information is in the CMS Technical Proposal, and the Technical Design Reports for each subsystem will contain the baseline cost / schedule for the system § Contingency due to risk is estimated separately (more details in the management breakout)

49 ¡

BOE’s methodology

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

50 ¡

BOE example

• V. ¡O'Dell, ¡2 ¡February ¡2016 ¡

Director's ¡Review ¡-­‑ ¡U. ¡S. ¡CMS ¡ContribuBons ¡(402) ¡

Example ¡for ¡402.03.03.02 ¡ECAL ¡Barrel ¡FE/opBcal ¡link ¡construcBon ¡

Basis of

• f Estima

mate (BoE

• E)

CMS-doc-xxxx Colin Jessop Up Updated ed: 27/Jan/2016 1 CMS-doc- 2 3 4 5 Activity Name me Duration

• n

(days (days) Re Resou

• urce Name

me Re Resou

• urce Type

M&S S base estima mate (k$) Fermi milab Labor

• r base

estima mate (hou

• urs)

Un Univ iver ersit ity y Labor

• r base

estima mate (hou

• urs)

Estima mate Type Type Estima mate Un Uncer ert- ainty ainty Funding Funding LaborFY20 250 Labor 30 700 L5 50% NSF M&S FY20 250 M&S 8 M4 30% NSF Travel FY20 250 Travel L2 10% NSF LaborFFY21 250 Labor 61 1,400 L5 50% NSF M&S FY21 250 M&S 17 M4 30% NSF Travel FY21 250 Travel L2 10% NSF LaborFY22 250 Labor 135 2,400 L5 50% NSF M&S FY22 250 M&S 1,272 M4 30% NSF Travel FY22 250 Travel L2 10% NSF LaborFY23 250 Labor 139 2,400 L5 50% NSF M&S FY23 250 M&S 1,310 M4 30% NSF Travel FY23 250 Travel L2 10% NSF LaborFY24 250 Labor 143 2,400 L5 50% NSF M&S FY24 250 M&S 19 M4 30% NSF Travel FY24 250 Travel L2 10% NSF LaborFY25 250 Labor 69 1,400 L5 50% NSF M&S FY25 250 M&S 19 M4 30% NSF Travel FY25 250 Travel L2 10% NSF Doc

• cume

ment ID: Pre Prepare pared b d by: WBS S Comp

• mpon
• nent

WBS S Numb mber: 402.03.03.02 WBS S Name me: FE/optical link construction WBS S Diction

• nary Description
• n:

Construction cost for 2760 FE cards including 5 FENIX2 asics per card. 10564 Rx or Tx optical link transmitters or transmitters and 11064 optical fibers. Estimates from vendor quotes for components and previous experience/expert advice for asics. Construction Labor assumes firmware development 0.2 FTE in 2020, 0.4 FTE in 2021 and 2022, 0.2 FTE in 2023,2024,2025 = total 1.6 FTE. Estimate based on expert advice and previous experience with HB backend phase 1 development. Su Suppor

• rting Doc
• cume

ments

Name ¡of ¡preparer ¡ DescripBon ¡of ¡item ¡/ ¡how ¡ costed ¡ EsBmate ¡type ¡(Lx/Mx) ¡and ¡ corresponding ¡esBmate ¡ uncertainty ¡