1. Introduction: 2. Detecteurs a pied de gerbe (preshower) 3. Le systeme de declenchement EM 4. Application au Run II 1. Introduction: Motivations & upgrade pour le Run II 2. Detecteurs a pied de gerbe (preshower) Chaine de lecture et declenchement Tests faisceaux 3. Le systeme de declenchement EM Architecture et Contraintes Declenchement e/ de haut/bas p T, J/ e-e+ 4. Application au Run II Detection des B J/ (ee) K S Faisabilite du h WW* e jet jet Contribution a lupgrade de D Contribution a lupgrade de D declenchement EM et applications declenchement EM et applications Arnaud Lucotte CERN, division PPE

Lupgrade du TeVatron Fermilab Main Injector TeVatron Booster D Installation du Main Injector (M.I): Synchrotron / accelerateur GeV Installation du recycleur (M.I): Refroidissement / stockage / recyclage des anti-protons re-injection danti-protons disponibles pour collisions (x 2)

Physique de haut p T au Run II Quark Top: (pp tt+X) 8.0 pb (M t =170 GeV) +40% / Run I M t 3.0 GeV/c 2 ttb / ttb ~ Bosons W Z, WW Z: M W ~40 MeV/ c 2 W ~30 MeV/ c 2, Sin 2 W ~0.001 Recherche SUSY /Higgs: qq ( 0 1 W 0 1 Z) lll... pp Wh l bb, pp Zh llbb, bb pp h(W/Z) WW(W/Z) l l (l /ll)...

Lexperience D Lexperience D Calorimetres Det. a traces Tube a Vide Muons Torroid

Lupgrade du detecteur D Lupgrade du detecteur D Solenoide, Detecteur de Traces Silicon Vertex, Preshowers Fibres Sci. Boucliers Chambres a derive (Mini-drift) Arrieres Scintillateurs Arrieres Scintillateur Central + Nouvelle Electronique, Trig, DAQ

Upgrade des Muons Scintillateur B/C Scintillateur Central (declenchement) A- PDTs Scintillateurs Ar. (Pixels) Chambres a derive (MDTs) Arrieres Boucliers

Detecteurs de Traces / Preshowers 125 cm o Detecteur de Vertex (micro-pistes Si) 6 tonneaux de 4 couches (double/simple face ) 12+4 disques (double-face) | | canaux vertex secondaire: vertex 40 m (r- ), 100 m (r-z) o Detecteur de traces a Fibres scintillantes 8 super-couches de doublets de fibres scint. (x,u,v) fibres o Preshowers: Central | |<1.6 strips / fibres sc canaux Arriere 1.5<| |<2.5 strips / fibres sc cannaux o Solenoide: 2 T

Detecteur de Vertex 12 Disques F 4 disques H 6 Barrels ~ cannaux Detecteur Micro-strip (Si): ~ cannaux 387k canaux sur 4-couches double-face barrel (stereo) 405k canaux sur disques (double face stereo) et disques a grand-z

Detecteur de Vertex Detecteur de Vertex Structure: detecteur a micro-pistes Si i - Barrels: 6 modules, 4 couches: - Double Face: couches 1,3 (90 o stereo) couches 2,4 (2 o stereo) - Simple Face: couches 1,3 (modules exterieurs) ii - Disques Centraux: 12 (2.5 < r < 10 cm) - 12 wedges double-faces / disque - pitch 50 & 62.5 m, ±15.0 o stereo iii- Disques Arrieres : 4 ( 9.5<r< 20 cm, z=94,126cm ) single-sided detectors for 4 disks, - picth 40 m, ±7.5 o stereo

Module FPS+connecteur WLS

Extrusion des scintillateurs

Traking et Preshower Performance Goals for (Vertex + Tracker+PS): i - Momentum resolution: dP T /P T 2 = ( Silicon+Fiber tracker) ii- High tracking efficiency 95% -Track reconstruction high (disks) iii- Vertex Reconstruction - primary vertex: vertex = m (r- ) for tt / bb - secondary vertex: vertex = 40 m (r- ), 100 m (r- z) iv- Electron/ ID: - charge signs, Preshower Track/CAL at Trigger Level - off-line particle ID

Systeme Muon Central Upgrade des Proportional Drift Tubes (PDT): Garde PDTs existantes pour |h| < 1 Utilisation de gas (Ar+CH 4 +CF 4 ) + rapide tps derive: 750ns to 450ns, ie: ~4 crossings a 132ns Remplace electronique Front End operation sans temps mort Scintillateurs a Cosmic Extension couverture sous detecteur Fournit: - declenchement L1 / ID en dehors du toroid, - etiquetage en temps pour muons dans PDTs Scintillateurs A- Barrel Compteurs a scintillation - segmentation x x 4.5 Fournit: - declenchement L1 - ID avant le toroid (muons de faible p T ) - etiquetage en temps - coincidence avec traces (L1, L2)

Systeme Muon Arriere Forward Tracking (1 Remplacement des PDTs 3 couches de MDTs de haute granularite Utilisation de Gas (CF 4 +CH 4 ) ~reduit tps de derive a ns Scintillateurs Arrieres (1 3 Scintillateurs pixel layers ( x x 4.5 o ) Fournit: etiquetage en temps, match vs traces, ID/declench. L1 Boucliers autours du tube a vide Rejette fonds (declenchement)

Compteurs A- a scintillation

Systeme Muon Central (a) Compteur Cosmic Cap (b) Compteur Bottom (a) (b)

Systeme Muon Arriere Compteur a Scintillation (pixel) (Couche A)

Systeme Muon Arriere Assembled MDT Octant Mini-Drift Tubes (MDTs)

Physique de bas p T au Run II Physique du B: bbar 50 b 32 cm 2 s -1 ) avec bb 1/1000 ppb Violation CP dans le systeme B d 0 : Oscillations du B S : B s 0 D S (D S ) 2000 evts attendus (~70 fs resolution en temps) Autres sujets: Desintegration rares B Spectroscopie B C Baryons b Selection du J/ : Mesures de d /dp T d (pp J/ Calibration: Calorimetre / faible E (J/, e-e+)

Impact sur le detecteur D Impact sur le detecteur D Adaptation au collisioneur: Reduction de la duree entre paquets a 396/132 ns: DAQ: traitements paralleles, pipelines electroniques Haute luminosite: Gamme dacceptance plus elevee (niveaux 1, 2) Detecteurs resistant aux radiations (det. traces) Accroissement des capacites du detecteur: Nouveaux detecteurs traces / champ central (2T): reconstruction vertex, etiquetage B, traces bas p T Nouveaux detecteurs pied de gerbe (preshower): ID electron/photon, declenchement Amelioration detecteurs a muon: ID muon, bas p T, declenchement, temps (cosmiques) Refonte du systeme de declenchement: Gamme dacceptance plus large (L1 = 10 kHz) Inclusion des nouveaux detecteurs & combinaison

Preshower Central (| |<1.2 ) Structure: Pre-radiateur 2X 0 (solenoid + Pb) 3 couches pistes triangulaires / fibres scint.: 1 axiale (x) + 2 stereo 20 o (u,v) = 1280 x 3 canauxObjectifs: Resolution de lenergie du calorimetre Declenchement & ID particules: Position : resolution e/ de ~1mm / 500 m ID : etiquetage electron avec PS+trace L1 & L2 : reduction fonds par facteur 3-5 Front End: PS+traces 4.5 o

Preshower Avant (1.5<| |< 2.5 ) Structure: Couverture : 1.5<| < couches de strips triangulaires / fibres scint.: 4 x stereo 22.5 o (u,v) = canaux 2 couches(u,v) Radiateur 2X 0 (Pb) 2 couches(u,v) X 16

Objectifs: Particule ID e (niveau 3 et off-line) fonds dus a: avec conversion, hadrons+- et Preshower Avant (1.5<| |< 2.5 ) Declenchement L1 & L2 : reduction fonds par facteur 2-10 Position & Energie Resolution e/ de ~1mm / 500 m Mesure denergie a 15% suffisante electron photon

Lecture des Preshowers Fibres scintillantes Fibres (emission vert) Resistant Radiation m guide-fibres WLS photodetecteur Amplification du signal: Photoconverteur Photoconverteur (VLPC) fonctionne a T = 6 13K Conversion e ( ~ 15 p.e / couche / mip ) Amplification: K DAQ & Declenchement Chips digitaux (0/1) declenchement rapide niveau-1 Chips analogues (SVXII) analogue (energie) niveau-2/3 & offline VLPC

DAQ / Declenchement des PS Lecture du signal fibre: Besoin de deux seuils haut & bas calibration, trace: detection MIP (1 MIP 0.9 MeV) reconstruction de gerbes (e ) de 5 a 60 MIPs Declenchements et lecture: L1: chips SIFT [0/1] carte trigger (FPGA) L2: chips SVX-II [analogue] pre-processeurs SIFT SVX SIGNAL MIP SIGNAL GERBE Logique Trigger (FPGA s) SIGNAL TRIGGER VLPC Scintillateur Fibres WLS Q 0.27 Q 0.09 Q [5-160]fC [0-150]fC

Faisceau test du Preshower Objectifs: Test de lelectronique dacquisition (SVX-II) Caracterisation des particules e Calibration du detecteur (pes / MIP) Banc dessai: faisceaux pions, electrons (50, 70 GeV) 4 modules testes, chips SVX-II, VLPC +Cryogenie

Faisceau test: Resultats Electrons: forme de gerbe EM versus MC: Calib: 1 mip = 14 3 p.e. E FPS vs E Vraie

Declenchement EM a D Declenchement EM a D Architecture et contraintes (Re)-definition du niveau 1 (CAL / PS) Niveau 1 Niveau 2 Declenchement EM Objets de bas p T Algorithmes de detection de J/ e + e - Efficacite et taux declenchements Prospectives Run II: Selection de B 0 d J/ (e + e - )Ks Etude de faisabilite: h WW* e jet jet

L2FW:Combine objets (e,, j) L1FW: tours CAL, traces, Muon L1CAL L2STT Global L2 L2CFT L2PS L2Cal L1FT L2 Muon L1 Muon Detecteur Declen. L1Declench. L2 7 MHz 8 kHz 1 kHz CAL FPS CPS CFT SMT Muon Architecture & Contraintes (100 s) (4.2 s) INITIALEMENT...

L2FW:Combine objets (e,, j) L1CAL L2STT Global L2 L2CFT L2PS L2Cal L1PS / L1FT L2 Muon L1 Muon Detecteur Declen. L1Declench. L2 7 MHz 8 kHz 1 kHz CAL FPS CPS CFT SMT Muon Architecture & Contraintes (100 s) (4.2 s) L1FW: tours CAL, traces, Muon 128 combinaisons (ORs) possibles Calorimetre vs Preshower + traces Calorimetre vs Traces

Declenchement EM central L1 Detecteurs specifiques: Calorimetre EM #tours EM ( = ) E T > [2.5, 5, 7, 10] GeV PreShower Central #gerbes = strips adjacents E strip > 2-5 MIPs Tracker Central a Fibres #trajectoires signees / bin p T [1.5-3], [3-5],[5-10], [10-] GeV/c (couche 8 comme reference) Declenchement global: Coincidence par Quadrant: 1 tour EM + ( 1 gerbe CPS + 1 Trajectoire p T ) L1PS L1CFT L1FW L1CAL

Declenchement EM central L2 Calorimetre EM Calorimetre EM tours calorimetrique seed = L1 energie EM totale du depot: E T EM = E T SEED + E T 2nd_max fraction EM du depot: EMF = E T EM /(E T EM +E T HAD ) isolation du depot: T ISO = E T EM / (E T EM +E T HAD ) (3 3 incluant seed) Preshower L2PS: Preshower L2PS: gerbe 3D (u,v,x) (,,z) etiquetee e Det. de Traces Det. de Traces convertit L1 p T trace p T (Look Up Table) extrapole trace a EM(3) Det. de Vertex Det. de Vertex combine traces CFT re-ajustement : p T,, par. impact L2CAL L2PS L2CFT L2CTT

Declenchement EM Avant/Arriere Calorimetre EM Calorimetre EM tours EM ( = ) E T >[2.5, 5, 7, 10] GeV PreShower Avant PreShower Avant gerbes = strips adjacents -E strip 5-10 MIPs electron = gerbe PS (u ou v) + MIP (u ou v) Declenchement global Declenchement global Coincidence par Quadrant 1 tour EM + 1 electron (u et v) FPS Electron dans FPS Pb L1CAL L1PS L1FW

Declenchement EM Avant/Arriere Occupation dans le Preshower: Interactions / crois. = cm 2 s -1 detection mip: T>0.3 MIP occ = 7-10% detection gerbe: T > MIPs occ = % Dijet+6mbias

Declenchement Avant Efficacite: Taux de fond (QCD dijets): Rejection pions ( 0 ) 20-25% de conversions de 0 s avant PS (avant/arr.) PS+CAL: facteur 2-4 (eleve pour faibles p T ) Selection des fonds: E T 10 GeV: 700~Hz (CAL) a 200 Hz (CAL+PS)

Exemples: resultats L1 Taux devenements ( cm 2 s -1 ) 128 termes L1 possibles (combinaisons OR / AND ) Terme calorimetrique: terme CEM(#,E T,C=central,N/S=Nord/Sud) Match trace / PS : terme TEL(# electron, p T ) Match par quadrant: terme TNQ (neutre) terme FQN (charge) Terme declenchement Taux (Hz) Physique CEM(1,10,C) 200 W, QCD CEM(1,10,C) 200 W, QCD CEM(1,7,C)CEQ(1)TNQ(1) 62 QCD CEM(1,7,C)CEQ(1)TNQ(1) 62 QCD CEM(1,10,C)TEL(1,5) 3 W, WZ CEM(1,10,C)TEL(1,5) 3 W, WZ CEM(1,10,N/S) 690 W Av/Ar CEM(1,10,N/S) 690 W Av/Ar CEM(1,10,N/S)FQN(1) 400 EM Av/Ar CEM(1,10,N/S)FQN(1) 400 EM Av/Ar CEM(1,10,N/S)FPQ(1) 200 W masse Av/Ar CEM(1,10,N/S)FPQ(1) 200 W masse Av/Ar

Declenchement J/ e - e + Caracteristiques du signal: B J/ X : 0.7 avec ~ M B C J/ : 1.5 GeV/c Seuil calorimetre tres bas: E T 3.0 GeV Contraintes de declenchement Fond Dijet: ~ cm 2 s -1 Tolerance: ~1 kHz au niveau, ~100Hz niveau 2 Necessite: L1: Combinaison Trace + Preshower + Calorimetre coincidence CAL/PS par Quadrant L2: Reconstruction de Masses Inv....

Declenchement J/ e - e + (L1) Efficacite: centrale 25-30% av/arrie 5-10% depend de seuil CAL E T CAL GeV Fond dijets: Taux: Hz controle par matching /quadrant seuils E FPS, & E T CAL

Declenchement J/ e - e + (L2) Efficacite: centrale 20-25% avant/arriere 4- 8% depend de seuil L1 CAL E T Fonds di-jets: Taux: Hz: region centrale - avant/arriere reduit par Fenetre en Masse EM isolation Coincidence TT vs PS reductible: utilisation vertex (applique a J/ ) 2 traces / haut parametre dimpact S B = B/ B

CP violation with B 0 d J/ K S Projection pour sin2 (temps integre) - efficacite reco des traces: 95% - D mix 0.47, D fond = S(S+B) ~ Tag D 2 tag ~ 0.05 sin N RECO Contraintes indirectes: Sin2 = CERN-EP/98-133

Recherche du Higgs Higgs de masse intermediaire: Higgs de m H = [140, 180] GeV/c 2 BR(h W*W*) ~ dominant Etude de Faisabilite: pp gg h W*W* l jet jet signal 80 fb (m H = 160 GeV/c 2 ) Principaux Fonds (physiques): Wg l jet jet ~ signal x ! WW l jet jet ~ signal x 13 ttb bb l jet jet ~ signal x 5

Recherche du Higgs Analyse: preselection rejette ttb, W+jet vraisemblance LResultats: exclusion a 95% CL L = 35 fb -1 exp. ! en combinaison avec canaux tri-(di-) leptons

Conclusion Participation a lupgrade de D0 Test faisceau du detecteur pied de gerbe FPS: software / prises de donnees analyse donnees: gerbe e-, calibration… Declenchement EM: simulation L1 pour haut pt e/ (FPS) simulation L1/L2 pour J/ ee (FPS) code hardware L1 FPS (FPGA, Altera) simulation C++ L1FPS, L1CPS haut/bas pt synthese/maintien liste des declenchements L1 et L2 Preparation pour le Run II Selection des evenements B d J/ (ee) K S Detection des J/ (ee), Bd J/ (ee) Ks( + -) Observabilite de la violation CP Recherche du Higgs standard membre du Higgs Working Group au TeVatron canal detude h WW* l jet jet

Constraining M(Higgs) m t and m H affect the SM prediction for m W via radiative corrections measure m W and m t constrain m H for m W = 40 MeV and m t = 2.5 GeV constrain m H to 80% precision preliminary 68% CL contours SM predictions for m W Degrassi etal, PL B418, 209 (1998) Degrassi, Gambino, Sirlin, PL B394, 188 (1997)

Conclusions