Erste Ergebnisse mit dem NA60 Pixeldetektor

• Das NA60 Experiment am CERN SPS

• Der NA60 Pixeldetektor• Labormessungen• Einsatz bei Pb-Pb-Kollisionen

– Effizienz, Ortsauflösung– Spurrekonstruktion

Markus Keil, CERN, EP-DivisionFür die NA60-Kollaboration

Das NA60 Experiment

• Myonspektrometer und Hadronabsorber von NA50

• Vertexteleskop zur Spurenmessung in Vertexnähe

• 2,5 T Magnetfeld zur Impulsmessung• Strahlteleskop zur Bestimmung des

Wechselwirkungspunktes– Kryogenische Si-Streifendetektoren (130K)– Transversale Auflösung: 20 m

ZDC

Myon SpektrometerTrackingMWPCs

TriggerSzintillatoren

ToroidmagnetMyonfilter

MYON FILTER

Strahlteleskop

TARGETBOX

VERTEXTELESKOP

2,5 TDipolfeld

Strahl

Das NA60 Experiment• Zur Unterscheidung

von prompten Zwei-Myonen Ereignissen und “open charm” (D/Dbar):– Bestimmung des Vertex-

offsets aus Information von Strahl-teleskop und Pixelteleskop

Prompt dimuons

Open charm

µ

D µ

, K µoffset<1mm

~10 cm

vertex Muon filter

Der NA60 Pixeldetektor• 16 Ebenen: 10 4 Chips + 6 8 Chips

– Ca. 720.000 Pixel– Aktive Fläche ca. 153 cm²– Erwartete maximale Strahlendosis:

1 Mrad / Woche

• Oktober 2002:– Erster Test im Experiment

bei Pb-Pb-Kollisionen– 3 Ebenen mit jeweils 4 Chips

Der Pixelchip

• Alice1LHCb Pixel Chip– 8192 Pixelzellen à 50 425

m²– Erfolgreich getestet bis 12

Mrad(Teststrukturen bis zu 30 Mrad)

– 10 MHz AusleseMatrix aus 32 × 256 Pixelzellen(sensitive Fläche 13,6 mm × 12,8 mm)15 mm

14 mm

Der Pixelchip• Die Pixelzelle

– Diskriminator mit globaler Schwelle und lokaler 3-bit Schwellenkorrektur

– 4 Event-FIFO– Testpuls-/Maskiermöglichkeiten– Parallele Auslese aller 32 Spalten

Die Pixelmodule• Trägerkeramiken mit 4/8 Chips

– Mehrlagen-Keramiken• 4 Chip: 300 m BeO • 8 Chip: 370 m AlN

– Ansteuerung/Auslese der Chips über gemeinsamen BUS

– Montage der Keramiken auf gedruckten Schaltungen (PCBs)

– 4- und 8-Chipmodule im Labor erfolgreich getestet

+ je 4 Lagen Au/Dielektrikum

Die Pixelmodule• Jeweils 2 gegeneinander rotierte 8-

Chipmodule werden zu einer logischen Ebene zusammengefasst.

• Layout abgestimmt auf die Akzeptanz des Myonspektrometers

Schwelle und Rauschen• Schwellenverteilung einer vollständigen 4-

Chipebene:

• Typische Werte:– Schwellendispersion: 150 – 200 e- (ohne Feineinstellung)– Rauschen: 150 – 200 e-

Einstellung im Experiment:

2000 e !

Erste Datennahme im Experiment• Oktober 2002: 3 Ebenen mit 4 Pixelchips

– Pb-Pb-Kollisionen @ 20/30 GeV/Nukleon– 3 Blei-Targets: 1.5, 1.0 und 0.5 mm dick– Bis zu 100 geladene Spuren/Trigger

– Strahlflecke, integriert über 1hEbene 0 Ebene 2Ebene 1

Offene/kurzgeschlossene Wire bonds

Effizienz und Ortsauflösung• Effizienzbestimmung

(Ebene X):– Spurmessung mit den

übrigen Ebenen, Extrapolation auf Ebene X

– Schnitte auf die Trefferzahlen zur Unterdrückung des kombinator. Untergrundes bei der Spurmessung

Effizienz > 95% • Residuenverteilungen:– Ortsauflösung im

erwarteten Bereich (< 50 m/12)

Vertexauflösung

Zvertex [cm]

dN/d

Z

Korrelationsbreite ~ 30 m

Strahlteleskop vs. Pixelteleskop

Xvertex (Pixelteleskop) [cm]

X ver

tex (

Stra

hlte

lesk

op) [

cm]

Vertexauflösung: σZ ~190 m σX ~20 m

3 Pb Targets

Target BoxFenster

Strahltel. Sensor

Strahl

Zusammenfassung• Die ersten drei Ebenen des NA60 Pixelteleskops

wurden erfolgreich in Pb-Pb-Kollisionen betrieben.– Betrieb bei Schwellen von 2000 – 2500 e– Treffereffizienz > 95%– Auflösung des Spurpunktes 14 m– Vertexauflösung: σZ ~190 m σX ~20 m

• Nächste Schritte:– Aufbau von weiteren 4-Chipebenen sowie sechs 8-

Chip-Ebenen– Teststrahl im Sommer 2003– Einsatz im Experiment bei In-In-Kollisionen Sept.-Okt.

2003