Main Tracker Geometry & Performance Rosa Simoniello - PowerPoint PPT Presentation

Main ¡Tracker ¡ ¡ Geometry ¡& ¡Performance ¡ Rosa ¡Simoniello ¡ CLICdp ¡collabora4on ¡mee4ng, ¡2-­‑3 ¡June ¡2015, ¡CERN ¡ ¡ Thanks ¡to ¡the ¡tracker ¡op4misa4on ¡group ¡

Outline ¡ • Main ¡tracker ¡layout ¡ • Comparison ¡with ¡CDR ¡ ¡ • Material ¡budget ¡towards ¡a ¡realis4c ¡model: ¡ q Cables, ¡cooling ¡and ¡supports ¡ q Support ¡tube ¡ • Op4misa4on ¡of ¡the ¡layer ¡layout ¡inside ¡the ¡model: ¡ ¡ ¡ q Change ¡length/r ¡posi4on ¡of ¡first ¡barrel ¡layer ¡ q Op4mise ¡gaps ¡between ¡barrel ¡and ¡endcap ¡disks ¡ q Change ¡posi4on ¡of ¡inner ¡tracker ¡disks ¡w.r.t. ¡outer ¡tracker ¡disks ¡ q Change ¡length ¡of ¡barrel ¡layers ¡ Fast ¡simula4on ¡(LDT), ¡single ¡point ¡resolu4on ¡7µm ¡ 2 ¡

Layout ¡comparison ¡ CLIC_SiD, ¡CDR ¡model, ¡B ¡= ¡5 ¡T, ¡SiD ¡vertex ¡detector ¡ 1500 θ 1 =45.00deg θ 3 =42.00deg θ 4 =38.00deg 1000 x- & y-axis [mm] 500 θ 2 =5.44deg 0 -500 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 z-axis [mm] New ¡model, ¡B ¡= ¡4 ¡T, ¡ILD ¡like ¡vertex ¡detector ¡ θ 1 =45.00deg 1500 v 1000 x- & y-axis [mm] 500 θ 2 =6.60deg θ 2 =6.60deg θ 2 =6.60deg 0 Tracker ¡sensor ¡layers, ¡supports, ¡cables, ¡cooling, ¡vertex ¡sensor ¡layers ¡ -2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 3 ¡ z-axis [mm]

Beam ¡pipe ¡ Beam ¡pipe: ¡ CDR ¡model, ¡B ¡= ¡5 ¡T ¡ 1500 θ 1 =45.00deg θ 3 =42.00deg -­‑ adopted ¡ILD ¡ θ 4 =38.00deg model ¡ -­‑ no ¡material ¡in ¡ 1000 front ¡LumiCal ¡ x- & y-axis [mm] for ¡Luminosity ¡ 500 measurement ¡ 5.4 ¡deg ¡ -­‑ space ¡for ¡taking ¡ θ 2 =5.44deg in ¡air ¡for ¡vertex ¡ 0 -500 cooling ¡(more ¡ -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 z-axis [mm] in ¡Fernando’s ¡ New ¡model, ¡B ¡= ¡4 ¡T ¡ θ 1 =45.00deg talk) ¡ ¡ 1500 v 1000 x- & y-axis [mm] 500 6.6 ¡deg ¡ θ 2 =6.60deg θ 2 =6.60deg θ 2 =6.60deg 0 -2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 4 ¡ z-axis [mm]

Support ¡tube ¡ Support ¡tube: ¡ CDR ¡model, ¡B ¡= ¡5 ¡T ¡ 1500 θ 1 =45.00deg θ 3 =42.00deg -­‑ It ¡allows ¡first ¡ θ 4 =38.00deg layer ¡at ¡230mm ¡ -­‑ It ¡allows ¡to ¡ 1000 drop ¡support ¡ x- & y-axis [mm] for ¡the ¡second ¡ 500 barrel ¡layer ¡ ¡ ¡ θ 2 =5.44deg ¡ 0 -500 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 z-axis [mm] New ¡model, ¡B ¡= ¡4 ¡T ¡ θ 1 =45.00deg 1500 v 1000 x- & y-axis [mm] 500 θ 2 =6.60deg θ 2 =6.60deg θ 2 =6.60deg 0 -2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 5 ¡ z-axis [mm]

Model ¡for ¡the ¡support ¡tube ¡ VERY ¡PRELIMINARY ¡ WALL ¡1 ¡ In ¡the ¡CDR ¡design ¡the ¡support ¡tube ¡was ¡ • WALL ¡2 ¡ suppor4ng ¡only ¡the ¡vertex ¡detector. ¡ X ¡~ ¡0.18%X 0 ¡ ¡ ¡ Hypothesis ¡for ¡realis4c ¡support ¡tube: ¡ 5mm ¡of ¡ • z ¡axis ¡ carbon ¡ à à ¡X ¡~ ¡3%X 0 ¡=> ¡1.5%X 0 ¡per ¡wall ¡ M.b. ¡scan ¡performed ¡around ¡the ¡realis4c ¡support ¡ • tube ¡value: ¡1.0%X 0 , ¡ 1.5%X 0 , ¡2.0%X 0 ¡ ¡ × 10 -4 12 10 -3 CLIC-SiD-geo-test.b-CLIC-SiD-geo-test.f CLIC-SiD-geo-test.b-CLIC-SiD-geo-test.f CLIC-SiD-mb-st10.b-CLIC-SiD-mb-st10.f CLIC-SiD-mb-st10.b-CLIC-SiD-mb-st10.f 2 [c/GeV] CLIC-SiD-mb-st15.b-CLIC-SiD-mb-st15.f 10 CLIC-SiD-mb-st15.b-CLIC-SiD-mb-st15.f 2 [c/GeV] CLIC-SiD-mb-st20.b-CLIC-SiD-mb-st20.f CLIC-SiD-mb-st20.b-CLIC-SiD-mb-st20.f Single ¡µ, ¡p ¡= ¡10 ¡GeV ¡ Single ¡µ, ¡theta ¡= ¡90 ¡deg ¡ 8 rms of ∆ p t /p t rms of ∆ p t /p t 10 -4 6 4 2 20 30 40 50 60 70 80 90 10 -5 Polar angle θ [deg] 10 1 10 2 10 3 momentum p [GeV/c] 6 ¡

Supports ¡ Support ¡m.b.: ¡ CDR ¡model, ¡B ¡= ¡5 ¡T ¡ 1500 θ 1 =45.00deg θ 3 =42.00deg -­‑ Increased ¡m.b. ¡ θ 4 =38.00deg à ¡towards ¡a ¡ à realis_c ¡model ¡ 1000 -­‑ More ¡supports ¡ x- & y-axis [mm] added ¡ 500 ¡ ¡ θ 2 =5.44deg 0 -500 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 z-axis [mm] New ¡model, ¡B ¡= ¡4 ¡T ¡ θ 1 =45.00deg 1500 v 1000 x- & y-axis [mm] 500 θ 2 =6.60deg θ 2 =6.60deg θ 2 =6.60deg 0 -2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 7 ¡ z-axis [mm]

Model ¡for ¡supports ¡ m.b. ¡a`er ¡scaling: ¡ For ¡outer ¡radii ¡larger ¡material ¡is ¡needed ¡in ¡order ¡ • to ¡match ¡stability ¡requirements ¡ barrel ¡1: ¡0.48% ¡X 0 ¡ Rough ¡implementa/on: ¡material ¡for ¡outermost ¡ barrel ¡2: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡/ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ • layer ¡3 ¡4mes ¡larger ¡than ¡for ¡innermost, ¡linearly ¡ barrel ¡3: ¡0.96% ¡X 0 ¡ rescaled ¡for ¡layers ¡in ¡between ¡ à ¡Szymon ¡is ¡ barrel ¡4: ¡1.20% ¡X 0 ¡ studying ¡possibili4es ¡on ¡the ¡engineer ¡side ¡ barrel ¡5: ¡1.44% ¡X 0 ¡ × 10 -3 1.4 10 -3 m.b. ¡0.48% ¡X 0 ¡for ¡each ¡barrel ¡layer ¡ m.b. ¡0.48% ¡X 0 ¡for ¡each ¡barrel ¡layer ¡ CLIC-SiD-geo-test.b-CLIC-SiD-geo-test.f CLIC-SiD-geo-test.b-CLIC-SiD-geo-test.f m.b. ¡from ¡0.48% ¡X 0 ¡to ¡1.44X 0 ¡ ¡ m.b. ¡from ¡0.48% ¡X 0 ¡to ¡1.44X 0 ¡ ¡ 1.2 CLIC-SiD-mbr-s05.b-CLIC-SiD-mbr-s05.f CLIC-SiD-mbr-s05.b-CLIC-SiD-mbr-s05.f 2 [c/GeV] 2 [c/GeV] Single ¡µ, ¡p ¡= ¡10 ¡GeV ¡ Single ¡µ, ¡theta ¡= ¡90 ¡deg ¡ 1 0.8 rms of ∆ p t /p t rms of ∆ p t /p t 10 -4 0.6 0.4 0.2 10 -5 0 20 30 40 50 60 70 80 90 10 1 10 2 10 3 Polar angle θ [deg] momentum p [GeV/c] 8 ¡

Cables ¡ Cables: ¡ CDR ¡model, ¡B ¡= ¡5 ¡T ¡ 1500 θ 1 =45.00deg θ 3 =42.00deg -­‑ Added ¡cables ¡ θ 4 =38.00deg -­‑ m.b. ¡properly ¡ rescaled ¡ 1000 assuming ¡ x- & y-axis [mm] constant ¡ 500 density ¡ ¡ θ 2 =5.44deg S_ll ¡missing ¡m.b. ¡ 0 -500 for ¡connectors ¡ -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 z-axis [mm] ¡ New ¡model, ¡B ¡= ¡4 ¡T ¡ θ 1 =45.00deg 1500 v 1000 x- & y-axis [mm] 500 θ 2 =6.60deg θ 2 =6.60deg θ 2 =6.60deg 0 -2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 9 ¡ z-axis [mm]

Model ¡for ¡cables ¡ • Material ¡budget ¡for ¡cables ¡and ¡cooling ¡should ¡scale ¡according ¡to ¡ the ¡layers ¡size ¡and ¡posi4on ¡ • Assumed ¡constant ¡cable/cooling ¡density ¡ x cyl : A cyl = x ring : A ring A cyl = 2 π rz A ring = π ( R 2 − r 2 ) x ring = x cyl ( R 2 − r 2 ) z ¡ 2 rz R ¡ x i,tot X x j ring = x i ring + r ¡ ring j<i 1.0%X 0 ¡ ¡ 10 ¡

Results ¡changing ¡m.b. ¡for ¡cables ¡ Material ¡budget ¡for ¡ support ¡fixed: ¡ 0.48%X 0 ¡(barrel), ¡0.5%X 0 ¡(forward) ¡ • Material ¡budget ¡for ¡ sensor ¡fixed: ¡ 0.5%X 0 ¡(barrel), ¡0.88%X 0 ¡(forward) ¡ • Material ¡budget ¡for ¡ cables ¡varied: ¡ 0.5%X 0 , ¡1.0%X 0 ¡ , ¡1.5%X 0 , ¡2.0%X 0 ¡ • à ¡As ¡expected ¡in ¡the ¡cable ¡region ¡(30°−50°) ¡worsening ¡of ¡the ¡p T ¡resolu/on, ¡ ¡ small ¡effect ¡on ¡the ¡d 0 ¡resolu/on ¡(dominated ¡by ¡vertex ¡detector) ¡ ¡ Momentum ¡resolu4on ¡ d0 ¡resolu4on ¡ × 10 -3 1.2 6 CLIC-SiD-mb-c05.b-CLIC-SiD-mb-c05.f CLIC-SiD-mb-c05.b-CLIC-SiD-mb-c05.f µ m] CLIC-SiD-mb-c10.b-CLIC-SiD-mb-c10.f CLIC-SiD-mb-c10.b-CLIC-SiD-mb-c10.f 1 2 [c/GeV] CLIC-SiD-mb-c15.b-CLIC-SiD-mb-c15.f CLIC-SiD-mb-c15.b-CLIC-SiD-mb-c15.f 5.5 CLIC-SiD-mb-c20.b-CLIC-SiD-mb-c20.f CLIC-SiD-mb-c20.b-CLIC-SiD-mb-c20.f std of projected impact [ Single ¡µ, ¡p ¡= ¡10 ¡GeV ¡ 0.8 Single ¡µ, ¡p ¡= ¡10 ¡GeV ¡ 5 rms of ∆ p t /p t 0.6 4.5 0.4 4 0.2 3.5 0 35 40 45 50 55 60 20 30 40 50 60 70 80 90 Polar angle θ [deg] Polar angle θ [deg] 11 ¡

Cooling ¡ Cooling: ¡ CDR ¡model, ¡B ¡= ¡5 ¡T ¡ 1500 θ 1 =45.00deg θ 3 =42.00deg -­‑ Add ¡material ¡ θ 4 =38.00deg for ¡liquid ¡ cooling: ¡ 1000 X ¡= ¡0.5%X 0 ¡ ¡ x- & y-axis [mm] -­‑ M.b. ¡rescaled ¡ 500 assuming ¡ constant ¡ θ 2 =5.44deg density ¡for ¡ 0 -500 taking ¡the ¡ -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 z-axis [mm] cooling ¡out ¡ New ¡model, ¡B ¡= ¡4 ¡T ¡ θ 1 =45.00deg ¡ 1500 ¡ v 1000 x- & y-axis [mm] 500 θ 2 =6.60deg θ 2 =6.60deg θ 2 =6.60deg 0 -2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 12 ¡ z-axis [mm]

PUTTING ¡ALL ¡TOGETHER: ¡ PERFORMANCE ¡COMPARED ¡WITH ¡CDR ¡ 13 ¡