Il CHarged ANTI counter dell'esperimento NA62 al CERN

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1 Il CHarged ANTI counter dell'esperimento NA62 al CERN Universita' degli Studi di Napoli Federico II e INFN sezione di Napoli Fabio Ambrosino Tiziana Capussela Paolo Massarotti Marco Napolitiano Giulio Saracino 1

2 L'esperimento NA62 Obiettivo: misurare al 10% BR di K π+v v -11 SM: ( ) x 10 (Sarebbe il piu' piccolo BR mai misurato) Stima diretta di Vtd e ricerca di nuova fisica spectometer 2

3 Motivazioni per il CHANTI Per esludere il fondo (1010 volte maggiore) useremo anche tecniche di reiezione cinematica che hanno bisogno di una misura accurata dell'impulso iniziale del K A questo scopo abbiamo posto un tracciatore al silicio (GTK) sul fascio che pero' introduce un fondo dovuto alle interazioni inelastiche del fascio con esso K π Tracker (GTK) 3

4 Motivazioni per il CHANTI Flusso di K su GTK: 7.8x1013 gtk Simulazione montecarlo valori riferiti a 2 anni di presa dati Frazione di Inelastici: 7x10-4 Analisi + Veto ~ 7000 eventi (70 volte il segnale) Escludendo GTK e calorimetro, e facendo assunzioni di fattorizzazione dell'efficienza per rivelatori per i quali la statistica generata non fosse sufficiente Ancora tre-quattro ordini di grandezza di reiezione da ottenere includendo i detector mancanti e aggiungendo un veto specifico per eventi anelastici. Il detector sviluppato, il CHANTI, da solo ha un'efficienza di veto del 99% (sempre tramite simulazione), portando il background al 70% del segnale. 4

5 Richieste sperimentali 5 Elevata efficienza per particelle cariche (~99%). Ciò significa assenza di zone morte e alta resa di luce Risoluzione temporale sotto il ns per mantenere il fake veto rate ad un livello accettabile Capacità di sostenere rates dell'ordine di alcuni khz/cm2 e livelli di radiazione di alcuni Gy/anno Lavorare in vuoto (10-6 mbar). C'e quindi bisogno di una bassa potenza dissipata (SiPM) e un outgassing limitato (misurato: 3x10-5 mbar l/s) Capacità tracciante per studiare validare la simulazione anelastica e studiare l'alone del fascio

6 Tecnologie utilizzate Barre di scintillatore a base triangolare (FNAL NICADD) Fibre ottiche wavelength-shifter (BCF92 riemissione: 2.7 ns) Fotomoltiplicatori al silicio Hamamatsu 1.3x1.3 mm2 6

7 Layout 6 stazioni - copertura angolare fino a 49 mrad - viste xy - ognuna composta da 2 layer di barre affacciati. Simulazione preliminare: rate su tutto il detector ~2 MHz, efficienza di veto 99% (limitata dall accettanza) 7

8 Caratterizzazione barre Elaborati due tipi di test: Autotrigger - informazioni globali sulla barra Cosmic-ray - risposta alle MIP (localizzata) Misure prese in ambiente controllato in temperatura: 25 C Quality test su tali parametri Il 40% delle barre e' stato testato (2% rigettato) Numero di fotoelettroni per barra (cosmici) 8

9 Caratterizzazione barre Elaborati due tipi di test: Autotrigger - informazioni globali sulla barra Cosmic-ray - risposta alle MIP (localizzata) Misure prese in ambiente controllato in temperatura: 25 C Quality test su tali parametri Il 40% delle barre e' stato testato (2% rigettato) Numero di fotoelettroni sul piano (cosmici) 9

10 Caratterizzazione SiPM Fit alla caratteristica I-V dei SiPM Grazie a ciò, si potrà estrapolare il comportamento dei SiPM (es. gain) alla tensione di lavoro (dipendenza lineare da Vbias-Vbd) Procedura automatica per testare contemporaneamente 32 SiPM 15 C 20 C 25 C Testati i SiPM per la prima stazione Vbd (V) 10

11 Costruzione delle stazioni Prodotte 83% delle barre (foratura, incollaggio fibre e connettore per SiPM) Prima stazione pronta e già testate le barre per una seconda stazione Test sulla catena di lettura effettuati al CERN ad Agosto (senza fascio) Prossimi test con fascio al CERN ad Ottobre (muon halo) 11

12 Front end elettronico Sviluppato in collaborazione con LNF (G.Corradi) una scheda di elettronica di tipo VME 9U capace di fornire una soluzione all-in-one per alimentazione, lettura e monitoring dei SiPM. Capacità di settare le tensioni per ciascun canale con precisione ~10 mv ed elevata stabilità in temperatura (25 ppm/ C) Lettura della corrente al na Lettura della temperatura (pt100) Amplificazione veloce 25 Il segnale prodotto verra' processato da una scheda di Time over threshold, digitalizzato da fast TDC e spedito ai pc della farm tramite un sistema dedicato basato su FPGA 12

13 Conclusioni Nell'ambito di NA62 a Napoli è stato progettato e costruito un veto per carichi che soddisfa le richieste sperimentali Molti test sono gia stati eseguiti, i prossimi test saranno effettuati durante il technical-run di Ottobre-Dicembre Gli ottimi risultati sono stati ottenuti anche grazie all'adozione di alcune soluzioni piuttosto innovative E' una delle poche esperienze di utilizzo dei SiPM in un rivelatore reale, per i quali abbiamo sviluppato una elettronica di FE "general purpose" 13

14 Spares 14