BTeV

Luigi18 Maggio 2004

La Fisica di BTeV• Test del MS nel settore degli Heavy Flavour, b e c,

alla ricerca di possibili inconsistenze indotte daNuova Fisica– Sensibilita’ tramite i loop fino a scale dell’ordine di

qualche TeV– Forte potere discriminante sui possibili modelli di NF

• Due campi almeno su cui giocare, Bd e Bs– Possibilita’ di incrociare le misure

• Miglior controllo delle sistematiche, in generale, e di quelle indotteda effetti forti, in particolare.

• E di piu’, Λb, Bc, ecc

Approccio Sperimentale• Moderno approccio basato su trigger direttamente al primo

livello sull’evidenza di vertici secondari– Ricostruzione completa con COV delle tracce, dei primari e dei relativi

parametri d’impatto• Elemento cruciale e’ il rivelatore a pixel immerso in campo

magnetico– Informazione tridimensionale → basso combinatorio di ricostruzione– Eliminazione diretta delle tracce a basso momento

• Non ritengo esista approccio piu’ robusto ed efficiente (o forsealternativo?) alla fisica degli heavy flavour ai collider adronici– Ambiente estremamente ostile!– Basso σbbar / σtot ed alte molteplicita’

Physics Reach (CKM) in 107 s

J/ψ →l+l-

Reaction B (B)(x10-6) # of Events S/B Parameter Error or (Value)

Bo→π+π- 4.5

300

445

3000

0.17

1.1

12.1

18.8

28

5

330

670

14,600 3 Asymmetry 0.030

Bs→ Ds K- 7500 7 γ 8o

Bo→J/ψ KS 168,000 10 sin(2β) 0.017

Bs→ Ds π- 59,000 3 xs (75)

B-→Do (K+π-) K- 170 1

B-→Do (K+K-) K- 1,000 >10 γ 13o

B-→KS π- 4,600 1 < 4o +

Bo→ K+π- 62,100 20 γ theory errors

Bo→ρ+π- 5,400 4.1

Bo→ρoπo 780 0.3 α ~4o

Bs→J/ψ η, 2,800 15

Bs→J/ψ η′ 9,800 30 sin(2χ) 0.024

@2 int/xing

Physics Reach Rare Decays

Reaction B (10-6) Signal S/B Physics

Bo→K*oµ+µ- 1.5 2530 11 polarization & rate

B-→K-µ+µ- 0.4 1470 3.2 rate

b→sµ+µ- 5.7 4140 0.13 rate: Wilson coefficents

Concorrenza

• L’unico esperimento concorrente e’ LHCb– B-factory non competitive per ovvie ragioni di σbbar e non

accesso a Bs in primis

• Confronto con LHCb difficile– I numeri di LHCb stanno cambiando ormai da piu’ di un

anno• Transizione da LHCb a LHCb-light

– Stanno ancora ottimizzando i tagli

• E’ pero’ facile trarre alcune conclusioni alla luce deiloro vecchi numeri, TP, e di quelli piu’ recenti

Specific Comparisons with LHCb(LHCb TP numbers)

Yield nei due canali cruciali per α e γ

Mode BRYield S/B Yield S/B

Bs→ Ds K- 3.0x10-4 7530 7 7660 7

Bo→ρ+π- 2.8x10-5 5400 4.1 2140 0.8

Bo→ρoπo 0.5x10-5 776 0.3 880 not known

BTeV LHCb

LHCb-light Vs BTeV

Mode QuantityLHCb

SensitivityBTeV

SensitivityBo → J/ψΚs sin(2β) 0.022 0.017Bs→ DsK γ 14o 8o

Bo → ρπ α ? 4o

Bo → ππ A 0.06 0.03Bs → J/ψ η(′) sin(2χ) - 0.024Bs → J/ψ φ sin(2χ) 0.063 -

N.B. LHC sensitivities from M.Calvi @ IFAE ‘04 (Torino). The assumed BR of Bs→ DsK is different in the two cases and favours BTeV.

In buona sostanza• Dal confronto dei soli numeri traspare un quadro in cui

– i due esperimenti sostanzialmente competono sui modi canonicicarichi;

– LHCb, invece, risulta fortemente penalizzato sui modi con almeno un neutro da una scelta calorimetrica meno aggressiva.

• Ma da un confronto piu’ approfondito dei due esperimentiemergono altri importanti fatti– Campo d’indagine di LHCb limitato da un throughput finale 20 volte

piu’ piccolo, 200 Hz vs 4 kHz• Pesante preselezione di canali e candidati a livello di trigger • Challenging! E i fondi?

– εD2 in LHCb inferiore di circa un fattore 2 rispetto a BTeV, 4-6% vs10-13%

– Programma di fisica del c totalmente assente in LHCb– In fine, 1 anno di BTeV ≅ 2 anni di LHCb

Recent CD-1 Review• Molto bene, sia per l’aspetto Tecnico-Scientifico, che per

quello dei costi– “The Committee supports the proposed technical scope and the cost

range presented”– Notevole apprezzamento del progetto, delle sue finalita’ di fisica e del

suo management, considerati gia’ a livello di CD-2• La schedula, cosi’ come presentata, non presenta invece

margini di float soddisfacenti– “Develop a schedule and funding profile for BTeV, such that the

desired scientific capabilities are obtained while ensuring that the scientific output is competitive and timely. Provide revised plans to DOE as soon as possible, to support the CD-1 decision process.”

– Lo faremo al piu’ presto e comunque siamo stati colti in contropiede, non aspettandoci questa discussione sul float in CD-1

Comunque …• All’indomani del review, ci sono stati vari incontri

fra il DOE e il direttorato di FNAL• Il risultato di tali incontri puo’ essere riassunto nei

seguenti punti:– Sia il DOE che FNAL sono fortemente in favore di BTeV

e vogliono assicurare una tempestiva partenza del progetto

– Per questo vogliono da noi due schedule,1. Una basata sul funding profile proposto ed in grado di garantire

float superiori a 6 mesi2. Un’altra senza vincoli di funding, per capire quando, al piu’

presto, potremmo essere pronti.

Schedula 1• Poiche’ funding limited, questa schedula comportera’

necessariamente ulteriori ritardi e quindi, per non pregiudicarela competizione con LHCb, dovra’ prevedere un opportunostaging.

• La stiamo elaborando prevedendo grossi float, ~ 1 anno, in modo di far fronte persino a situazioni estremamenteimprobabili cosi’ da ottenere in ogni caso CD-1– Questa sara’ la schedula con cui verremo “baselined”

• L’ipotesi di staging che stiamo perfezionando contemplal’installazione nel 2009 di una versione ridotta del nostroapparato che ci consenta di competere pienamente su tutti i modi carichi, rimandando di circa 6 mesi la fisica dei neutri, dove, per ovvi motivi, non saremo comunque penalizzati.

Ipotesi di Staging

• Stage 1– Verra’ installato entro Ottobre ’09 e contempla

• L’intero sistema a pixel• Almeno 4 stazioni su 7 del forward tracker, incluse la VI e la VII• ¼ dei cristalli del calorimetro

– Questo tra l’altro elimina ogni rischio di competizione con CMS sulprocurement dei cristalli

• Il RICH senza radiatore liquido o con solo una parte di questo• Parte del muon detector

• Stage 2– Completamento dell’apparato, previsto per meta’ del 2010

Schedula 2• Si tratta di una semplice rielaborazione della nostra presente

schedula senza limiti di funding– Consente con ampi margini di float, superiori a 6 mesi, di essere pronti

per l’Ottobre 09, data limite da noi considerata sufficiente per non compromettere la competizione con LHCb e recuperare facilmente.

• Richiede un congruo anticipo di fondi e quindi diventera’ la nostra schedula ufficiale se e solo se interverranno nuoviaccordi sul budget fra DOE e FNAL

• Per il momento, questo non e’ ovviamente il nostro goal principale– ora vogliamo CD-1 ed al piu’ presto – Poi vedremo come sveltire la nostra schedula

Schedula

• Va da se’ che– tutte queste considerazioni siano rilevanti solo per il

processo di approvazione in se’;– non esiste alcun impedimento a che noi si possa essere

pronti per l’Ottobre 09 §, come da nostri piani,– e questo dipende unicamente da noi!

• E’ altrettanto chiaro che– L’accelerazione del processo di costruzione puo’ essere

spinta dalla disponibilita’ di fondi esterni, quali INFN, che, per ora, non sono considerati.

§ Per questa data, nello scenario a noi piu’ sfavorevole, LHCb potrebbe aver accumulatodati veri per 6 mesi al massimo, pari al 50% del periodo di run totale a loro disposizione.

Chi siamo• LNF

– E.Basile, F.Bellucci, M.Bertani, S.Bianco, M.Caponero, D.Colonna, F.L.Fabbri, F.Fabbri, F.Felli, M.Giardoni, A.LaMonaca, G.Mensitieri, M.Pallotta, A.Paolozzi

– 12 Ric + 2 Tecnologi• Milano

– G.Alimonti,M.Citterio, P.D’Angelo, M.Dinardo, S.Erba, S.Magni, D.Menasce, L.Moroni, D.Pedrini, P.Ratcliffe, M.Rovere, S.Sala, L.Uplegger

– 9 Ric + 4 Tecnologi• Pavia

– G.Boca, G.Cossali, D.DiPietro, P.F.Manfredi, M.Manghisoni, M.Marengo,I.Mariani, V.Re, M.Santini, M.Scaglioni, A.Spelgatti, G.Traversi, V.Speziali

– 6 Ric + 8 Tecnologi• In totale

– 27 + 14 = 41 persone• Pensiamo comunque di crescere una volta approvati dallo INFN

– Esiste un’importante comunita’ INFN che lavora ed e’ interessata alla futurafisica degli heavy flavor

– CDF, BaBar, …

Cosa vogliamo fare• Pensiamo di assumerci impegni costruttivi solo

laddove ne abbiamo la piena responsabilita’.• Specificamente

1. Il sistema a micro-strip del forward tracker– Luigi responsabile dell’intero sistema– Proponiamo un contributo pari a circa il 50%

2. I moduli centrali degli straw – Prodotti da Frascati secondo il progetto da loro sviluppato– Realizzano anche un supporto ottimale per le micro-strip

3. Il sistema di monitor di posizione a FBG– Frascati lo implementera’ per gli straw, le strip ed i pixel

Responsabilita’ Micro-Strip• Progetto controllato e gestito dai gruppi italiani come

dimostrato dal relativo staffing.– Lev 2 Managers

– Luigi Moroni– John Cumalat (deputy)

– Lev 3 Managers• Sensors

– S.Sala (Milano)• Electronics

– V.Re (Pavia)• Mechanics

– L.Moroni (Mi) & J.Cumalat (CU)• Cooling

– E.Cossali (Pavia)• System Integration & Testing

– D.Menasce (Milano)

Responsabilita’ Straw• Frascati diventa il IV centro di produzione degli

straw:1. FNAL2. Houston3. LNF 4. Virginia U.

• LNF responsabile del progetto e della costruzionedei moduli centrali M0X e M1

• Lev3 Manager– F.L.Fabbri

I progetti in Sintesi• Do una descrizione sommaria dei due progetti Straw

& Strip in cui sono coinvolti gli italiani per meglioinquadrare le richieste

• Non presento i progressi R&D finora ottenuti– Mi riservo di mostrarli in caso di richiesta

• Come vedremo, Straw & Strip sono strettamenteconnessi– L’uno serve anche da supporto all’altro con notevole

risparmio in termini di materiale.– E’ fondamentale per la riuscita del progetto che I gruppi

coinvolti lavorino in stretto contatto.

Micro-Strip: General properties

How does it look like?

It is made of Ladders …

…, which form planes and stations.

3 views:X: 0o (horizontal)U: 90o + 11.3o

V: 90o - 11.3o

How are they supported?

Ladder details

More detailsSec AA

A

A plane

From Planes to Stations

• By stacking three of these planes we form a station

• Alignment of the two halves of a plane and of the three planes of a station is guaranteed by suitable pins– For details, see

PLYFORM drawings

Total radiation length of the station: ~1.2% all included.

How are Stations suspended?

How are they assembled on the support?

X-view straws

Straw Project by LNF: M0X & M1

MANUFACTURING PROCEDURE• CFRP SHELL MANUFACTURED WITH VACUUM BAGING TECHNIQUE USING

ALUMINUM MOULD

M0X ASSEMBLY

Total Radiation Length strut+plate = 7 ÷ 8/1000

M0X EXPLODED VIEW

DETAIL NEAR THE BEAM PIPE

DETAIL NEAR THE BEAM PIPE (Cont.)

End plugs

Plastic End plateGap for gas flow

Wire attachment

Cut out viewSealing and wiring blocking plate

FBG: MOX MonitoringDisplacement resolution at point P• in X-Y plane: 1 µm • along Z axis: 10 µm(Station-1 MOX)

FBGs planned arrangement andoptical circuitry for 6 MOXs

60 c

m

Opt

ical

Switc

h

FBGInterrogationsystem C

ompu

ter

From station 1

From station 2

From

stat

ion

4Fr

omst

atio

n 6

From

stat

ion

3

P

FBG for monitoringBending in Y-Z plane

FBG for monitoringIn-Plane deformation

XZ

FBG for monitoringBending in X-Y plane

FBG for monitoringTorsion

Y

PSC MonitoringPixel Support Cylinder:FBG sensors will monitor deformations and repositioning of PSC

PSC deformations affect Pixel detector position

PSC removing and repositioning is required at eachproton-antiproton beam storing

PSC Repositioning Monitoring

Fixed Frame

PSC structurecomponent

PSC position is worked out by deformation monitoring of OMEGA gauge.

OMEGA gauge:•one end clamped at a Fixed Frame•one end clamped at PSC structure component

FBG sensors

PSC Repositioning MonitoringFinite Element Model analysis for optimisation of FBGs position on OMEGA gauge surface

Solid X Normal Strain

Richieste Finanziarie 2005-2009Item Costr.App. (k$) Note

Micro-Strip 3,456 Pari a circa il 50% del costo totale

Straw 1,357 M0X & M1

FBG 416 182(Strip)+91(Straw)+143(Pixel)

Totale 5,229 Nel caso, + 35% di contingenza

N.B. IVA non inclusa

• Si tratterebbe di un contributo costruttivo pari a circa il→ 5/180 ≅ 2.7% del costo totale,

• a fronte di una percentuale di presenza nella collaborazione del→ 27/150 ≅ 18%, considerando i soli ricercatori, o del→ 41/150 ≅ 27%, includendo i tecnologi

Micro-Strip Cost Breakdown

Micro-Strip Cost Breakdown

Electronics Cost Breakdown

Mechanics & Coling Cost Breakdown

Integration Cost Breakdown

Straw Cost Breakdown

Straw Cost Breakdown

Straw Cost Breakdown

Profilo di Spesa

Detector 2005 2006 2007 2008 2009 Totali

Micro-Strip 172 780 759 1,725 20

-

FBG - - 162 254 - 416

20

3,456

Straw 224 600 400 133 1,357

Totali 396 1,380 1,321 2,112 5,229

N.B. Profilo come da WBS. Parecchie spese possono essere anticipate.

Richieste Aggiuntive 2004

• Sblocco SJ missioni + ~50 kEuro• Sblocco dei consumi• 15 kEuro a PV per sottomissione nuovo chip• ~ 200 kEuro a Mi

– Prototipi sensori– Prototipi Hybrid– Prototipi Flex

• ~50 kEuro a LNF– Prototipi MOX & M1

Sensors in 2004

In Conclusione• BTeV

– Formidabile occasione per la fisica degli heavy flavour ad alta sensibilita’

– Programma fondamentale per il suo potenziale di scopertadi Nuova Fisica

• Necessario complemento alla fisica ad alto pt, ATLAS & CMS– Forti caratteristiche di complementarieta’ con LHCb

• Cruciali per i canali con neutri e per le sistematiche di misura– Con un limitato investimento si acquisisce un ruolo di

primo piano in un esperimento, le cui possibilita’ di analisifisica sono praticamente illimitate.

• Chiedo pertanto alla Commissione di voler approvareBTeV

Just in Case

Scorporo FBG

Item Costr.App. (k$) Di cui FBG (k$) Senza FBG

Micro-Strip 3,638 182

91

143

416

3,456

Straw 1,448 1,357

Pixel FBG 143 -

Totale 5,229 4813

Profilo di Spesa con Scorporo FBGDetector 2005 2006 2007 2008 2009 Totali

Micro-Strip 172 780 778 1,888 20

di cui FBG - - 19 163 - 182

di cui FBG - - - 91 - 91

MS FBG - - 19 163 - 182

FBG ALL - - 162 254 - 416

ST FBG - - - 91 - 91

Straw – FBG 224 600 400 133 - 1,357

Micro-Strip – FBG 172 780 759 1725 20 3,456

-

Pixel FBG - - 143 - - 143

20

3,638

Straw 224 600 400 224 1,591

Totali 396 1,380 1,321 2,112 5,229

BTeV vs BaBar

L σ #B/107s Signal ε Tag εD2 S/B # Tagged/107s

BaBar 1034 1 nb 108 0.38 0.28 ? 49

BTeV 2 ×1032 100 µb 1.5 ×1011 0.021 0.1 3 1450

Number of tagged B0 → π+π – (B = 4.5 × 10 –6 )

B, Signal ε and Tag εD2 from BaBar

L σ #B/107s Signal ε Tag εD2 S/B # Untagged/107s

BaBar 1034 1 nb 108 0.21 0.28 ? 475

BTeV 2 ×1032 100 µb 1.5 ×1011 0.0013 0.1 0.8 4360

Number of untagged B0 → ρ+π– + CC (B = 2.26 × 10 –5 )

B, Signal ε and Tag εD2 from BaBar

⇒ 107s @ L= 1034 ≡ 100 fb-1

⇒ Up to now, BaBar has recorded ~ 200 fb-1 in 5 years.

BTeV trigger & throughput• Assume L= 2x1032 cm-2 s-1

• We now need to know σinelastic♠ σinelastic = σtotal- σelastic- σdiffractive= 77.6-18.9-9.5=49.2 mb♥ Taking 50 mb there are Lσ=107 interactions/sec

• Expect 1000/1 reduction of min-bias events by L1 & L2 together♥ Will end up with 104 min-bias events at L3 input which will be

practically killed by L3 analysis• Throughput tuning

♥ ~ 1 kHz for b• about 5 % of 2 ×104 produced b (100 µb)

♥ ~ 1 kHz for c• about 1 % of 105 produced c (500 µb)

♥ ~ 2 kHz for contingency, calibration and other