minerna introduction, detector progress and mri...

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MINERνAMain INjector ExpeRiment for v-A

Detector Detector Detector ativoativoativosegmentadosegmentadosegmentado: 5,87 t: 5,87 t: 5,87 t

AlvosAlvosAlvos nuclearesnuclearesnucleares de C, Fe, de C, Fe, de C, Fe, PbPbPb e He He H

RENAFAE 2008 2MINERνA

MINERνA em resumo

• MINERvA é um detector de neutrinos compacto, ativo e projetado para estudarinterações neutrino-núcleo em grande detalhe.

• O detector será instalado no feixe NuMI, imediatamente à montante do primeirodetector do MINOS.

• MINERvA é único no mundo– A intensidade do feixe NuMI fornece

• Uma oportunidade para medidas precisas de interações de neutrinos• Uma grande faixa de energias de neutrinos (4 , 6 e 10 GeV)

– O detector, com vários alvos nucleares, permite, pela primeira vez, a realização de estudos de efeitos nucleares em interações de neutrinos.

– MINERνA fornece informações cruciais para medidas de oscilações de neutrinos.

• Breve linha do tempo do MINERνA– Aprovação inicial pelo PAC do FERMILAB em abril de 2004– Revisão inicial do projeto pelo FERMILAB em janeiro de 2005– Início de testes com protótipo cósmicos) em outubro de 2008– Instalação do protótipo na caverna e início de teste com neutrinos prevista para dezembro de

2008 – Montagem do detector completo a iniciar em abril de 2009– Tomada de dados prevista para começar no segundo semestre de 2009


Detector do MINERνA

• O detector do MINERνA baseia-se emuma tecnologia simples e bemcompreendida (baixo risco).

• Núcleo ativo é segmentado(cintiladores sólidos) – Reconstrução de trajetórias– Identificação de partículas– Alvos nucleares passivos

intercalados• Núcleo envolvido por calorímetros

eletromagnético e hadrônico– Medida da energia de fótons (π0) &

de hádrons• Primeiro detector do MINOS

funciona como capturador de múons.

Alvos nuclearesDetector ativo

ν Calorímetroem.

γ

γ

Calorímetrohadrônico

ν


MINERνA

O APS Multidivisional Neutrino Study Report, que define o caminhoa ser seguido pela física de neutrinos, baseou suas recomendaçõesem um conjunto de pressupostos e considerações acerca dos programas atuais e futuros, incluindo: suporte aos experimentos atuais, cooperação internacional, instalações subterrâneas, P&D em detectores e aceleradores e

“determination of the neutrino reaction and production cross sections required for a precise understanding of neutrino-oscillation physics and the neutrino astronomy of astrophysical and cosmological sources. Our broad and exacting program of neutrino physics is built upon precise

knowledge of how neutrinos interact with matter.”


Metas do MINERνAMedida precisa da secção de choque quase elástica neutrino-nucleon,

incluindo a dependência em E e em q2.

Determinação de secção de choque de produção de píons para interações

em corrente carregada e corrente neutra.

Medida precisa da produção coerente de píons com particular atenção à

dependência com o número atômico A do núcleo.

Exame dos efeitos nucleares nas interações de neutrinos.

Estudos da física nuclear para a qual reações de neutrinos fornecem

informações complementares aos estudos realizados na mesma faixa

cinemática.


Detector do MINERνA


Plano Detector do MINERνA

Folhas de chumbocalorimetriaEM

Detector externo (OD) camadas de ferro/cintilador paracalorimetriahadrônica : 6 torres

Detector interno Hexágono –planos X, U, V

1 tower 2 tower

6 tower

5 tower 4 tower

3 tower

3.385m

30.272 canais• 80% no hexágono

interno• 20% no detector

externo473 M-64 PMTs (64 canais)

1 fibra WLS por cintilador, que muda para uma fibra clarae segue para o PMT

128 peças de cintilador porplano do Detector interno

8 peças de cintilador portorre do Detector Externo, 6 torres por plano


Óptica do MINERνA(arranjo para o Detector Interno mostrado. Detector externo é similar

mas tem barras cintiladoras retangulares)

1.7 × 3.3 cm2 strips Fibra WLS no furo

central

Planos cintiladores com 128 prismascintiladores

Posição determinada pelo compartilhamentode carga

Conectores

ópticos

Cintilador (rosa) & fibraWLS

fibra clara

M-64 PMT

Caixa de PMT

PartículaCintilador

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Visão Geral do Detector do MINERnABarras cintiladoras

Fibras WLS

Plano Cintilador

Cabos de Fibras Claras

PMT’s

Caixas com os PMT

Eletrônica/DAQ

Estrutura/Absorvedor


Electrônica do MINERνA

• Placas FE (“Front End”)– Um cartão por PMT– Alta Voltagem (700-800V)– Digitalização via Trip Chips,

aproveitando projeto do D0– Timing

• Cartões CROC e DAQ– Um cartão por 48 PMT’s– Interface Front-end/computador– Distribui gatilho e sincronização– 3 crates VME & um computador

para DAQ

Fermilab Network

DAQComputerwith RAID

Cluster

PermanentStorage

Control RoomConsole

VME Crates

PVIC/VME Interface

CROC VMEReadout

Module (x11)

M64 MAPMT andTRiP-based Multi-BufferDigitizer/TDC Card withEthernet Slow-Control

Interface(12 PMTs/Ring)

LVDS Digital Token Ring(4 Rings/VME Module)

Two-tierLow-Voltage

Distribution SystemOptical FibersFrom Detector

48V, 20 A DC


Trabalho em Hardware

O detector do MINERνA estásendo construído. Temos 4 módulos XU e 4 módules XV(total: 16 planos) instalados.

Partcipação ativa na construçãodo detector:

Teste de PMT's antes dainstalação.

Instalação das caixasde PMT no detector(cabeamento).

Trabalho pós-instalação(busca de “vazamento de luz”).

Os 4 primeiros módulos instaladosno Wideband(FERMILAB).


Trabalho em Hardware

8 módulos instalados até o final de novembro 2008 (total de 120)


Estudo dos PMT Hammatsu H8804

• Fotomultiplicadora de 64 canais, usada pelascolaborações MINERνA e MINOS.

Estudo de 500 fotomultiplicadoras totalizando32.000 canais.

Para caracterizar cada PMT, precisa-se conhecer as contagem de escuro, ganho, HV, crosstalk.


Testes do MAPMT

HAMAMATSU H8804 (64 elementos)


Adquisição de dados dos PMT

• Os dados dos PMT são obtidos em Rutgers, New Jersey.

• Usa-se o PMT Test Stand, que injeta luz em cada canal. No proceso tomam-se dados para determinação dos pedestais.

• Os dados são transferidos para nosso cluster e, depois, analizados.

colaboração com:Universidade de Atenas, Grécia e

SUNJ Rutgers, EUA.


Distribuição Típica de Sinal

Luz

Pedestal


Contagens de escuro


Variação dos Pedestais

Ganho médio da placa de aquisição Ganho alto da placa de aquisição


Monitoramento online

• Desenvolvimento de software para monitoramento online.– Software online escreve em disco os dados brutos ( recebidos do hardware do detector).– Software “near online” recebe eventos brutos e realiza processamento online do MINERνA.

Online PC Near Online PC

Detector

RawEventsStorage

• Adaptação, para o MINERνA, do software online do LHCb• Desenvolvimento de software de monitoramento online baseado no modelo do LHCb.• O software de monitoramento online é capaz de:

– Decodificar RawData em um formato de mais fácil leitura.– Supressão de pedestais.– Converter contagens de ADC em carga (pC) empregando uma base de dados de calibração.– Fazer histogramas para monitoramento online da qualidade dos dados.– Preparar histogramas e rootplas para análise offline dos dados.


Monitoramento online

• Monitoramento online da qualidade dos dados: um exemplo de um dos histogramas criados paramonitorar remotamente a condição do detector.

Cada quadrado de 8x8 pontos uma PMT. Este gráfico mostra os 38 PMT que o MINERνA está empregando para os 8 módulos já instalados. Sinal de raios cósmicos com supressão de pedestal


Método de Reconstrução



Formação de aglomerados (clusters)



Formação de sementes



Formação de trajetórias usando o método dos mínimos quadrados


Olympus

O cluster Olympus consiste de 4 servidores PC

Jupiter (servidor principal)

Hercules

Apollo

Diana


Características do Olympus

• Características principais de cada servidora (verba editalUNIVERSAL)- Intel Server Motherboard S5000- 2 processadores Quad-Core Intel Xeon E5310 (total de 8 núcleos)- 4 Gb of RAM- 2 x 160 Gb disco rígido- 2 x 100/1000 Mbps placa ethernet

• Software instalado nas servidoras:- Scientific Linux Fermi LTS release 4.6- software do MINERνA (5 Gb de espaço) usado para simulação, reconstrução, adquisição de dados, estudos dos PMT, etc- Usa o GAUDI framework, LHCb software e o CMT


Vista das conexões do Olympus

JUPITER

HERCULES

APOLLO

DIANA

MONITOR

KEYBOARD

MOUSE

KVMSWITCH

100/1000 MbpsNETWORK SWITCH

INTERNET


Situação atual

• Trabalho em curso- Análise dos dados dos PMT do MINERνA.- Suporte ao grupo do D0 no CBPF.

• Próximos passos- Instalar 2 nobreaks de 3KVA cada (verba RENAFAE: DEMORANDO DEMAIS !!!! )- Instalar monitor LCD (verba RENAFAE)- Instalar switch 10/100/1000 de 16 portas (verba RENAFAE)- Aumentar memória para 6 Gb por PC (verba RENAFAE já atendida)- instalar mais 640 G de disco rígido (verba RENAFAE já atendida)- Instalar sistema RAID (verba RENAFAE)

Teclado e chave KVM adquiridos com verba RENAFAE

Problema principal: baixa taxa de transferência devido à rede externa.


Conclusão

O exerimento MINERνA é uma colaboração internacional com 21 instituições de 7 países (Grécia, Brasil, EUA, Alemanha, México, Rússia e Peru) totalizando cerca de 100 pessoas

Nossa participação se dá com 1 pós-doc, 2 estudantes de mestrado e 1 estudante de doutorado (Hélio da Motta, Mario Vaz, César Castromonte, José Palomino, Arturo

Fiorentini, David Alejandro)

Dispomos de um cluster de computadores e temos atuado em software e hardware junto ao experimento. Realizamos a primeira tese ligada ao experimento (José Palomino, tese de

mestrado, 2008)

Mantemos atuação intensa junto ao experimento e empregaremos nosso cluster para diversos trabalhos (análise, simulação, reconstrução). A grande capacidade do cluster é

atrapalhada pela baixa velocidade de transmissão de dados.

Tomada de dados de teste já em curso. Montagem final no primeiro semestre de 2009. Início da tomada de dados no segundo semestre de 2009. Tomada de dados inicial prevista para

durar 4 anos com cerca de 13 M de eventos registrados

Espaço total para armazenagem de TODOS os eventos: aproximadamente 10 Tera

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