Введение Физические задачи первого этапа...

55
14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 1 Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки MPD «Барельная» часть MPD Торцевые части MPD Организационные аспекты Заключение Многоцелевой детектор M M ulti ulti P P urpose urpose D D etector etector (статус проекта) В. Кекелидзе, ОИЯИ

Upload: fleur

Post on 16-Jan-2016

75 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Многоцелевой детектор M ulti P urpose D etector (статус проекта). Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки MPD «Барельная» часть MPD Торцевые части MPD Организационные аспекты Заключение. В. Кекелидзе, ОИЯИ. Физическая мотивация. - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 1

Введение

Физические задачи первого этапа

Концептуальная схема установки MPD

«Барельная» часть MPD

Торцевые части MPD

Организационные аспекты

Заключение

Многоцелевой детектор

MMultiultiPPurposeurpose D Detector etector (статус проекта) В. Кекелидзе, ОИЯИ

Page 2: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 2

Планируется исследовать свойства адронов в веществе и состояния ядерного вещества, включая поиск возможных проявлений:

- деконфаймента, - восстановления киральной симметрии, - фазовых переходов, - смешанной фазы и критической точки.

Исследования будут проводиться в процессах взаимодействий релятивиствских ионов

- с атомным весом от 1 до 238 (U92+) - путем сканирования по энергии реакции

в области SNN = 3-9 GeV Эти исследования важны как для понимания природы

взаимодействия тяжелых ионов, так и для решения вопросов космологии (эволюции Ранней Вселенной, формирования нейтронных звезд и др.)

Физическая мотивация

Page 3: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 3

Physics motivation

Page 4: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 4

Physics motivation

The phase diagram in terms of the reduced energy density

The trajectories calculated with hybrid model

o open markers: QGSM

steps:0.3 fm/c & 0.5 fm/c

• filled markers:evolution within

3D relativistic hydrodynamics

Page 5: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 5

MPD

Collider NICA complex allocation

Page 6: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 6

Collider NICA parameters

Page 7: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 7

dedicated experiments

Fixed target experiments NA61 at SPS CERN and CBM at SIS100/300 GSI

advantages of collider experiments:

possibility to have 4acceptance !

energy scan do not introduce significant variation on critical density of detected

particles Collider experiments running at high energies: STAR & Fenix at RHIC BNL, ALICE at LHC CERN

STAR plans to run at low energies (SNN = 4-9 GeV, for U92+) Problem: luminocity falls down

Page 8: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 8

Event-by-event fluctuation in hadron productions (multiplicity, Pt etc.)

HBT correlations indicating the space-time size of the systems involving π, K, p, Λ

(possible changes close to the de-confinement point)

Directed & elliptic flows for various hadrons

Multi-strange hyperon production: yield & spectra (the probes of nuclear media phases)

Experimental Tasks – the first stage targets

the effects to be studied on energy & centrality scanning:

Page 9: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 9

longitudinal (z-axis) space limited by ~ 800 cm between collider optics

radial scale limited by engineering problems & cost

(R < 200 cm)

Initial constrains:

MPD – conceptual design

Solution:

compact solenoid with major parts of detector working in the magnetic

field

design of superconducting magnet with closed yoke geometry

to provide homogeneous magnetic field

Page 10: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 10

~ 450

First stage of simulation based on UrQMD & GEANT4in the framework of MPD-Root shell:

Au+Au collisions with total energy of 4.5 + 4.5 AGeV Central interaction within b: 0 – 3 fm Minimum bias within b: 0 – 15.8 fm Collision rate at L=1027 cm-2s-1: ~ 6 kHz

Observables

all

B=0

<P>= 0.4 GeV/c

central collision |η| < 1, p >100 MeV/ccharged particle multiplicity (primary) momentum spectrum

Page 11: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 11

Pseudorapidity spectra

Observables

Page 12: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 12

Charged particles Multiplicity

Observables

Page 13: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 13

General View

MPD – conceptual design

Page 14: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 14limited by collider optics

2700

MPD – conceptual design

basic geometry preliminary

Defined as a compromise between:

-TOF requirement-tracker resolution

- magnetic field formation - the cost

Page 15: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 15

Magnenic field

superconducting solenoidal magnet

magnetic field 0.5 T

cryostat inner radius ~ 1.5 m (region available for the detector)

iron yoke is used to form a homogeneous magnetic

field

color step 5 Gauss (~1 pm) - good homogeneity

feasible for TPC

Page 16: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 16

Magnetic field

MPD – conceptual design

Page 17: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 17

MPD – conceptual design

Towards 4p acceptance:to cover a wide pseudorapidity

range

Page 18: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 18

Major tracker - TPC

+ Inner Tracker - silicon strip detector / micromegas chamber

for tracking close to the interaction region

+ Outer Tracker straw barrel (optional)

Time Of Flight RPC (+ start/stop sys.) for charged particle ID

ECAL shashlyk type - for e, , 0 reconstruction

MPD MPD Barrel part

tracking, precise momentum measurement &particle ID in the region -1 < <1

Page 19: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 19

EE

400 V / cm

field cage

High Voltage electrode~ 25 kV

~80 000 readout channels

12 readoutChambers

Electric Field ~ 200 v/cm

Rout=110 cm

Rin=20 cm

TPC – major tracker

Page 20: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 20

specification (preliminary)Outer radius ~ 110 cmInner radius

20 cmDrift length ~135 cmNumber of sections (each side) 12Total number of readout chambers 24 (12 – each side)Drift time ~ 20-30 sMultiplicity for charged particles (central collision) ~ 500Total pad/channels number ~ 80000dE/dx resolution ~ 6% (50 samples x 2cm)Special resolution ( x R x z) 3 x 0.4 x 3 mmMaximal rate 10 kHz

TPC – major tracker

Page 21: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 21

Complementary detector for track precise reconstruction

in the region close to the interaction piont

Cylindrical geometry (4 layers) covering the interaction region ~ 50 cm along the

beam axis

Inner Tracker (silicon strips)

35 cm

Possible contribution to dE/dx measurements

for charged particles

Page 22: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 22

Inner Tracker - MMGC (optional)

Number of double mesh chambers: 32

Covered area: 3,2 m2

N of RO channels: 20000

Page 23: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 23

12 x 2 (R+L) double modulesoccupancy ~ 4%for segmented straw with the lengths: 330mm (central), 500 mm & 700 mm

FEE

FEE

70 50 33

FEE

FEE

70 50 33

OuterTracker - Straw barrel (optional)

to enhance tracking parameters in |η| < 1

Page 24: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 24

Time of Flight

TOF Barrel system

TOF detector covers the region |η| < 1 with an acceptance ~ 93% The barrel surface ~ 30 m2 (length 4 m, radius of 1,3 m)The counters are placed in 12 modules, 560 counters in total The total number of readout channels is 27600Time resolution ~ 100 ps

Page 25: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 25

Distribution of RPCs in the barrel

multigap RPCs distribution in the module box.

the basic element of RPC

multigap RPC counter is 7 cm x 67 cm,

it has 150 pads with size 2.3cm x 2 cm.

Time of Flight

Page 26: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 26

Specification:

the RPC TOF system looks like barrel

with the length 4 m and radius of 1,3 m.

the barrel surface is about 33 m2

the dimensions of one RPC counter is 7 cm x 100 cm

it has 150 pads with size 2,3cm x 2 cm.

the full barrel is covered by 160 counters

the total number of readout channels is 24000

Time resolution ~ 100 ps

Time of Flight

Page 27: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 27

Time of Flight track momenta

mass reconstruction for central events

Page 28: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 28

Κ

πspectr N

NR

Κ

πplot mass N

NR

bluered

Time of Flight

momentum spectra ratios for primary K / particles

no essential bias on momentum

for the separation

Page 29: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 29

Electromagnetic Calorimeter

0 1.0 2.0 GeV

photon energy spectrum 500 1000 1500 photon multiplicity

(from π0 decay in red)

requires high granularity:average occupancy in barrel for 3x3 cm crystals < 3%

Photons in the barrel

Page 30: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 30

Electromagnetic Calorimeter

Requirements for 0 reconstruction

Page 31: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 31

ECAL -Pb- scintillator 10x10 cm2 Module - 18 X0 ~ 30.6 cm

AMPD read-out

ECal Shashlyk

Page 32: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 32

ECal PbWO4 (optional)

basic element -PbWO4 (3x3x16cm3), wrapped in Tyvek & coated with black tubea light detector is glued onto the outer face of the crystalOne module (24x24x22 cm3) - 64 crystals including light detectors & preamps The module has 0.5 mm thick walls of a folded Al plate fixed to the Al supportIn total 510 modules with 32640 crystals

Page 33: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 33

End Cap Tracker Straw Wheels (stereo radial)

Beam Beam Counters for centrality determination & reconstruction of the interaction point

+ start /stop system for ToF

Zero Degree Calorimeter for centrality determination, measurement of fluctuations

MPD MPD End-Cap parts

for tracking & momentum measurement at | >1 + reaction plane determination

Page 34: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 34

ECT straw wheels

occupancy /straw < 15 %

Carbon inner ring

Carbon outer ring

straw

Carbon inner ring

Carbon outer ring

straw

Page 35: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 35

ECT straw wheel

Stereo wheel construction:

each stereo wheel contains4 layers of radial straws with different orientation

Page 36: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 36

ECT straw wheel

Number of track hits = f(R)

is related to reconstruction efficiency

Pseudorapidity correlation with track hit numbers

Page 37: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 37

Track reconstruction efficiency

TPC

ECT ECT

ECT complements TPC to extend pseudorapidity range

Page 38: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 38

Pseudorapidy region: 1.5 4.5 (out of the TPC acceptance)

usable for centrality /min bias triggers

Beam Beam Counter

small tiles - within 12 cm diameter, large tiles x 4 larger .

R= 110 cm

Expected number of charged track accepted vs. impact parameter (Hijing predictions).

Page 39: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 39

INR RAN

measurement of centrality: b ~ A - Nspect selection of centrality at trigger level

measurement of event-by-event fluctuations to exclude the fluctuation of participants

monitor of beam intensity by detecting

the neutrons from electromagnetic dissociation

εe / εh = 1 - compensated calorimeter

Lead / Scintillator sandwich

Zero Degree Calorimeter

Page 40: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 40

Full beam intensity. -minimum 16 modules.

Zero Degree Calorimeter

XZ

Beam hole

Page 41: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 41

DAQ & Computing

events ~2 10 10

disk space 10 000 TB PC’s ~ 1800L1 TTC

L2CTP

L0

DRE

LDC

DAQ NETWORK

DRE

LDC

DRE

LDC

GDC GDC GDC

TPC80 000ch4.5 GB/s

MICROMEGAS50 000 ch3 MB/s

ZDC300 ch55 MB/s

BBC78 ch

RPC27 600 ch20 MB/s

EMC41 700 ch70 MB/s

STRAW82 000 ch120 MB/s

MICROSTRIP215 500 ch3 MB/s

DDL

Au+Au6 000 ev/s

10 GbE

10 GbE

L1 TTC

L2CTP

L0

DRE

LDC

DAQ NETWORK

DRE

LDC

DRE

LDC

GDCGDC GDCGDC GDCGDC

TPC80 000ch4.5 GB/s

MICROMEGAS50 000 ch3 MB/s

ZDC300 ch55 MB/s

BBC78 ch

RPC27 600 ch20 MB/s

EMC41 700 ch70 MB/s

STRAW82 000 ch120 MB/s

MICROSTRIP215 500 ch3 MB/s

DDL

Au+Au6 000 ev/s

10 GbE

10 GbE

FEDL FEDL FEDLTRQ TRQ TRQ

DTTC

TTCL0DDL

READOUT CARD

FEC FEC FEC

FEDL FEDL FEDLTRQ TRQ TRQ

DTTC

TTCL0DDL

READOUT CARD

FEC FEC FEC

Page 42: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 42

Engineering + auxiliaries

Require essential reconstruction of the intersection area to provide access for works & for necessary auxiliaries

Page 43: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 43

Cost Estimation in k$(very preliminary)

Magnet - 3 138TPC - 9 500IT (SSD /MM) - 3 600 / 750OT - 4 000TOF - 4 000ECAL (shashlyk / crystal) - 5 624 / 14 356ECT - 7 900BBC - 390TDAQ - 3 000ZDC - 598Slow Control - 280Computing - 1 460Engineering - 2 000_________________ _________Total 41 490

Page 44: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 44

At first approximation - all sub-detectors could be designed & constructed at JINR

based on the existing expertise & infrastructure

some sub-detectors could have alternative designs in order to provide possibility for potential collaborators to

substitute/accomplish corresponding groups in future

The first realistic draft of the Letter of Intent& the rough cost estimation =- are available

MPD – organizational aspects

Page 45: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 45

Joint Institute for Nuclear Research

Institute for Nuclear Research Russian Academy of Science

Bogolyubov Institute for Theoretical Physics, NASUk

Nuclear Physics Institute of MSU, RF

Institute of Allied Physics, Academy of Science Moldova

__________///________ open for extension

MPD – Collaboration

A consortium involving GSI, JINR & other centers for IT module development & production is at the organizational stage

Page 46: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 46

MPD Collaboration

Page 47: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 47

Письмо о намерениях (Letter of Intent) - подготовлено и доступно

Работа над проектом продолжается- моделирование с целью оптимизации параметров

-интенсифицируются R & D, (особенно по ключевым детекторам)

Ведутся переговоры по расширению участников проекта

и организации соответствующего сотрудничества

Проведен ряд организационных мероприятий с рамках ОИЯИ

с целью укрепления коллективов, участвующих в работе над проектом

Выделены дополнительные ресурсы для работы

Заключение

Page 48: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 48

Spin Program at NICA

in preparation

Page 49: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 49

Spare

Page 50: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 50

Possible indication on phase transition

measurements of related yields for charged kaons & pions

Some enhancement is indicated in the energy region around ~ Елаб = 30 А ГэВ

Page 51: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 51

Physics motivation

Page 52: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 52

momentum spectra for various particles

π+ π-

K+ K-

0 2.0 GeV/c 0 2.0 GeV/c

Observables

Page 53: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 53

Relative yield of Charged kaons

Observables

Page 54: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 54

Elliptic flow, v2

Observables

Page 55: Введение Физические задачи первого этапа Концептуальная схема установки  MPD

14 February 2008 V.Kekelidze, Workshop at IHEP 55

In-medium properties of hadrons & nuclear matter equation of state will be studied

including a search for possible manifestation of de-confinement

and/or chiral symmetry restoration, phase transition, mixed phase & critical end-point

in collisions of heavy ion (over atomic mass range A = 1-238)

by scanning of the energy region SNN = 3-9 GeV

These investigations are relevant for understanding of

the physics of heavy ion collisions, the evolution of the Early Universe

& formation of the neutron stars .

Physics motivation