Measurement of the fractional radiation length of a pixel module for the CMS Phase-2 upgrade via the multiple scattering of positrons

Adam, W.; Bergauer, T.; Damanakis, K.; Dragicevic, M.; Frühwirth, R.; Steininger, H.; Beaumont, W.; Darwish2, 3; M. R.,; Janssen, T.; Van Mechelen, P.; Breugelmans, N.; Delcourt, M.; De Moor, A.; D'Hondt, J.; Heyen, F.; Lowette, S.; Makarenko, I.; Muller, D.; Tytgat, M.; Vannerom, D.; Van Putte, S.; Allard, Y.; Clerbaux, B.; Caviglia, F.; Dansana, S.; Das, A.; De Lentdecker, G.; Evard, H.; Favart, L.; Khalilzadeh, A.; Lee, K.; Malara, A.; Robert, F.; Thomas, L.; Vanden Bemden, M.; Vanlaer, P.; Yang, Y.; Benecke, A.; Bethani, A.; Bruno, G.; Caputo, C.; De Favereau, J.; Delaere, C.; Donertas, I. S.; Giammanco, A.; Jain, S.; Lemaitre, V.; Lidrych, J.; Mondal, K.; Szilasi, N.; Tran, T. T.; Wertz, S.; Brigljević, V.; Chitroda, B.; Ferenček, D.; Jakovcic, K.; Mishra, S.; Starodumov, A.; Šuša, T.; Brücken, E.; Lampén, T.; Tuominen, E.; Karadzhinova-Ferrer, A.; Luukka, P.; Petrow, H.; Tuuva, T.; Agram, J. -L.; Andrea, J.; Bloch, D.; Bonnin, C.; Brom, J. -M.; Chabert, E.; Collard, C.; Dangelser, E.; Falke, S.; Goerlach, U.; Gross, L.; Haas, C.; Krauth, M.; Ollivier-Henry, N.; Saha, G.; Vaucelle, P.; Baulieu, G.; Bonnevaux, A.; Boudoul, G.; Caponetto, L.; Chanon, N.; Contardo, D.; Dupasquier, T.; Galbit, G.; Greenberg, C.; Marchisone, M.; Mirabito, L.; Nodari, B.; Purohit, A.; Schibler, E.; Schirra, F.; Vander Donckt, M.; Viret, S.; Adamowicz, K.; Botta, V.; Ebisch, C.; Feld, L.; Karpinski, W.; Klein, K.; Lipinski, M.; Louis, D.; Meuser, D.; Oppenländer, V.; Özen, I.; Pauls, A.; Röwert, N.; Teroerde, M.; Wlochal, M.; Beckers, M.; Dziwok, C.; Fluegge, G.; Höflich, N.; Pooth, O.; Stahl, A.; Wyszkowska, W.; Ziemons, T.; Agah, A.; Baxter, S.; Bhattacharya, S.; Blekman, F.; Campbell, A.; Cardini, A.; Cheng, C.; Consuegra Rodriguez, S.; Eckerlin, G.; Eckstein, D.; Gallo, E.; Guthoff, M.; Kleinwort, C.; Mankel, R.; Maser, H.; Mussgiller, A.; Nürnberg, A.; Petersen, H.; Rastorguev, D.; Reichelt, O.; Rostamvand, L.; Schütze, P.; Sreelatha Pramod, L.; Stever, R.; Valieiev, T.; Velyka, A.; Ventura Barroso, A.; Walsh, R.; Yakopov, G.; Zakharov, S.; Zuber, A.; Albrecht, A.; Antonello, M.; Biskop, H.; Connor, P.; Garutti, E.; Haller, J.; Jabusch, H.; Kasieczka, G.; Klanner, R.; Kuo, C. C.; Kutzner, V.; Lange, J.; Martens, S.; Mrowietz, M.; Nissan, Y.; Pena, K.; Raciti, B.; Schaarschmidt, J.; Schleper, P.; Schwandt, J.; Steinbrück, G.; Tews, A.; Wellhausen, J.; Ardila, L.; Balzer, M.; Barvich, T.; Berger, B.; Butz, E.; Caselle, M.; Dierlamm, A.; Elicabuk, U.; Fuchs, M.; Hartmann, F.; Husemann, U.; Koppenhöfer, R.; Maier, S.; Mallows, S.; Mehner, T.; Muller, Th.; Neufeld, M.; Regnery, B.; Rehm, W.; Shvetsov, I.; Simonis, H. J.; Steck, P.; Stockmeier, L.; Topko, B.; Wittig, F.; Anagnostou, G.; Daskalakis, G.; Kazas, I.; Kyriakis, A.; Loukas, D.; Balázs, T.; Márton, K.; Siklér, F.; Veszprémi, V.; Bahinipati, S.; Das, A.; Dey, T.; Mal, P.; Nayak, A.; Pal, K.; Pattanaik, D. K.; Pradhan, S.; Swain, S. K.; Bhardwaj, A.; Jain, C.; Kumar, A.; Kumar, T.; Ranjan, K.; Saumya, S.; Tiwari, K.; Baradia, S.; Dutta, S.; Sarkar, S.; Behera, P. K.; Behera, S. C.; Chatterjee, S.; Dash, G.; Jana, P.; Kalbhor, P.; Libby, J.; Mohammad, M.; Pradhan, R.; Pujahari, P. R.; Saha, N. R.; Samadhan, K.; Sikdar, A. K.; Singh, R.; Verma, S.; Vijay, A.; Cariola, P.; Creanza, D.; De Palma, M.; De Robertis, G.; Di Florio, A.; Fiore, L.; Loddo, F.; Margjeka, I.; Mastrapasqua, V.; Mongelli, M.; My, S.; Silvestris, L.; Albergo, S.; Costa, S.; Lapertosa, A.; Di Mattia, A.; Potenza, R.; Tricomi, A.; Tuve, C.; Assiouras, P.; Barbagli, G.; Bardelli, G.; Brianzi, M.; Camaiani, B.; Cassese, A.; Ceccarelli, R.; Ciaranfi, R.; Ciulli, V.; Civinini, C.; D'Alessandro, R.; Focardi, E.; Kello, T.; Latino, G.; Lenzi, P.; Lizzo, M.; Meschini, M.; Paoletti, S.; Papanastassiou, A.; Sguazzoni, G.; Viliani, L.; Cerchi, S.; Ferro, F.; Robutti, E.; Brivio, F.; Dinardo, M. E.; Dini, P.; Gennai, S.; Guzzi, L.; Malvezzi, S.; Menasce, D.; Moroni, L.; Pedrini, D.; Azzi, P.; Bacchetta, N.; Bortignon, P.; Bisello, D.; Dorigo, T.; Lusiani, E.; Tosi, M.; Gaioni, L.; Manghisoni, M.; Ratti, L.; Re, V.; Riceputi, E.; Traversi, G.; Baldinelli, G.; Bianchi, F.; Bilei, G. M.; Bizzaglia, S.; Caprai, M.; Checcucci, B.; Ciangottini, D.; Di Chiaro, A.; Croci, T.; Fanò, L.; Farnesini, L.; Ionica, M.; Magherini, M.; Mantovani, G.; Mariani, V.; Menichelli, M.; Morozzi, A.; Moscatelli, F.; Passeri, D.; Piccinelli, A.; Placidi, P.; Rossi, A.; Santocchia, A.; Spiga, D.; Storchi, L.; Tedeschi, T.; Turrioni, C.; Asenov, P.; Azzurri, P.; Bagliesi, G.; Basti, A.; Battacharya, R.; Beccherle, R.; Benvenuti, D.; Bianchini, L.; Boccali, T.; Bosi, F.; Bruschini, D.; Castaldi, R.; Ciocci, M. A.; D'Amante, V.; Dell'Orso, R.; Donato, S.; Giassi, A.; Ligabue, F.; Magazzù, G.; Massa, M.; Mazzoni, E.; Messineo, A.; Moggi, A.; Musich, M.; Palla, F.; Prosperi, P.; Raffaelli, F.; Rizzi, A.; Roy Chowdhury, S.; Sarkar, T.; Spagnolo, P.; Tenchini, F.; Tenchini, R.; Tonelli, G.; Vaselli, F.; Venturi, A.; Verdini, P. G.; Bartosik, N.; Bashir, F.; Bellan, R.; Coli, S.; Costa, M.; Covarelli, R.; Demaria, N.; Garrafa Botta, S.; Grippo, M.; Luongo, F.; Mecca, A.; Migliore, E.; Ortona, G.; Pacher, L.; Rotondo, F.; Tarricone, C.; Ambrozas, M.; Chychkalo, N.; Juodagalvis, A.; Rinkevicius, A.; Ahmad, A.; Asghar, M. I.; Awais, A.; Awan, M. I. M.; Khan, W. A.; Saleh, M.; Sohail, I.; Calderón, A.; Duarte Campderros, J.; Fernandez, M.; Gomez, G.; Gonzalez Sanchez, F. J.; Jaramillo Echeverria, R.; Lasaosa, C.; Moya, D.; Piedra, J.; Ruiz Jimeno, A.; Scodellaro, L.; Vila, I.; Virto, A. L.; Vizan Garcia, J. M.; Abbaneo, D.; Abbas, M.; Ahmed, I.; Albert, E.; Allongue, B.; Almeida, J.; Barinoff, M.; Batista Lopes, J.; Bergamin, G.; Blanchot, G.; Boyer, F.; Caratelli, A.; Carnesecchi, R.; Ceresa, D.; Christiansen, J.; Cianchetta, P. F.; Diamantis,; Daguin, J.; Frank, N.; French, T.; Golyzniak, D.; Grygiel, B.; Kloukinas, K.; Kottelat, L.; Kovacs, M.; Kristic, R.; Lalic, J.; La Rosa, A.; Lenoir, P.; Loos, R.; Marchioro, A.; Mateos Dominguez, I.; Mersi, S.; Michelis, S.; Nedergaard, C.; Onnela, A.; Orfanelli, S.; Pakulski, T.; Papadopoulos, A.; Perea Albela, F.; Perez, A.; Perez Gomez, F.; Pernot, J. -F.; Petagna, P.; Piazza, Q.; Robin, G.; Scarfì, S.; Schleidweiler, K.; Siegrist, N.; Szidlik, P.; Troska, J.; Tsirou, A.; Vasey, F.; Vrancianu, R.; Wlodarczyk, S.; Zografos, A.; Adelmann, A.; Bertl, W.; Bevilacqua, T.; Caminada, L.; Daum, M.; Ebrahimi, A.; Erdmann, W.; Horisberger, R.; Kaestli, H. -C.; Kirch, K.; Knecht, A.; Kotlinski, D.; Lange, C.; Langenegger, U.; Meier, B.; Missiroli, M.; Noehte, L.; Papa, A.; Rohe, T.; Sakurai, M.; Schmidt-Wellenburg, P.; Streuli, S.; Androsov, K.; Backhaus, M.; Becker, R.; Bonomelli, G.; Di Calafiori, D.; Calandri, A.; De Cosa, A.; Donega, M.; Eble, F.; Glessgen, F.; Grab, C.; Harte, T.; Hits, D.; Koch, S.; Lustermann, W.; Niedziela, J.; Perovic, V.; Ristic, B.; Roeser, U.; Ruini, D.; Seidita, R.; Sörensen, J.; Wallny, R.; Bärtschi, P.; Bösiger, K.; Canelli, F.; Cormier, K.; De Wit, A.; Gadola, N.; Huwiler, M.; Jin, W.; Jofrehei, A.; Kilminster, B.; Leontsinis, S.; Liechti, S. P.; Macchiolo, A.; Maier, R.; Meng, F.; Stäger, F.; Neutelings, I.; Reimers, A.; Robmann, P.; Sanchez Cruz, S.; Shokr, E.; Takahashi, Y.; Wolf, D.; Chen, P. -H.; Hou, W. -S.; R. -S., Lu; Clement, E.; Cussans, D.; Goldstein, J.; Holmberg, M. -L.; Sanjrani, S.; Harder, K.; Manolopoulos, K.; Schuh, T.; Shepherd-Themistocleous, C.; Tomalin, I. R.; Bainbridge, R.; Brown, C.; Fedi, G.; Hall, G.; Mastronikolis, A.; Parker, D.; Pesaresi, M.; Uchida, K.; Coldham, K.; Cole, J.; Khan, A.; Kyberd, P.; Reid, I. D.; Bartek, R.; Dominguez, A.; Simsek, A. E.; Uniyal, R.; Vargas Hernandez, A. M.; Benelli, G.; Heintz, U.; Hinton, N.; Hogan, J.; Honma, A.; Korotkov, A.; Li, D.; Luo, J.; Narain, M.; Pervan, N.; Russell, T.; Sagir, S.; Simpson, F.; Spencer, E.; Venkatasubramanian, N.; Wagenknecht, P.; Barton, B.; Cannaert, E.; Chertok, M.; Conway, J.; Hemer, D.; Jensen, F.; Thomson, J.; Wei, W.; Yohay, R.; Zhang, F.; Hanson, G.; Cooperstein, S. B.; Giannini, L.; Gu, Y.; Guyang, J.; Krutelyov, S.; Mukherjee, S.; Sharma, V.; Tadel, M.; Vourliotis, E.; Yagil, A.; Incandela, J.; Kyre, S.; Masterson, P.; Vami, T.; Cumalat, J. P.; Ford, W. T.; Hart, A.; Hassani, A.; Herrmann, M.; Karathanasis, G.; Pearkes, J.; Savard, C.; Schonbeck, N.; Stenson, K.; Ulmer, K. A.; Wagner, S. R.; Zipper, N.; Zuolo, D.; Alexander, J.; Bright-Thonney, S.; Chen, X.; Duquette, A.; Fan, J.; Fan, X.; Filenius, A.; Grassi, J.; Hogan, S.; Kotamnives, P.; Lantz, S.; Monroy, J.; Niendorf, G.; Oshiro, M.; Postema, H.; Reichert, J.; Riley, D.; Ryd, A.; Smolenski, K.; Strohman, C.; Thom, J.; Wittich, P.; Zou, R.; Bakshi, A.; Berry, D. R.; Burkett, K.; Butler, D.; Canepa, A.; Derylo, G.; Dickinson, J.; Ghosh, A.; Gonzalez, H.; Grünendahl, S.; Horyn, L.; Johnson, M.; Klabbers, P.; Lee, C.; Lei, C. M.; Lipton, R.; Los, S.; Merkel, P.; Nahn, S.; Ravera, F.; Ristori, L.; Rivera, R.; Spiegel, L.; Uplegger, L.; Voirin, E.; Zoi, I.; Escobar Franco, R.; Evdokimov, A.; Evdokimov, O.; Gerber, C. E.; Hawksworth, M.; Hofman, D. J.; Mills, C.; Ozek, B.; Roy, T.; Rudrabhatla, S.; Wadud, M. A.; Yoo, J.; Blend, D.; Bruner, T.; Haag, M.; Nachtman, J.; Onel, Y.; Snyder, C.; Yi, K.; Davis, J.; Gritsan, A. V.; Kang, L.; Kyriacou, S.; Maksimovic, P.; Roguljic, M.; Sekhar, S.; Swartz, M.; Bean, A.; Grove, D.; Salvatico, R.; Smith, C.; Wilson, G.; Ivanov, A.; Kalogeropoulos, A.; Reddy, G.; Taylor, R.; Bloom, K.; Claes, D. R.; Haza, G.; Hossain, J.; Joo, C.; Kravchenko, I.; Siado, J.; Hsia, H. W.; Iashvili, I.; Kharchilava, A.; Nguyen, D.; Rappoccio, S.; Rejeb Sfar, H.; Cholak, S.; Decastro, G.; Demiragli, Z.; Fangmeier, C.; Fulcher, J.; Gastler, D.; Golf, F.; Jeon, S.; Rohlf, J.; Li, J.; Mccarthy, R.; Parker, A.; Skinnari, L.; Hahn, K.; Liu, Y.; Mcginnis, M.; Monk, D.; Noorudhin, S.; Taliercio, A.; Basnet, A.; De Los Santos, R.; Hill, C. S.; Joyce, M.; Winer, B.; Yates, B.; Malik, S.; Sharma, R.; Chawla, R.; Jones, M.; Jung, A.; Koshy, A.; Liu, M.; Negro, G.; Schulte, J. -F.; Thieman, J.; Zhong, Y.; Dolen, J.; Parashar, N.; Pathak, A.; Agrawal, A.; Ecklund, K. M.; Nussbaum, T.; Demina, R.; Dulemba, J.; Herrera Flor, A.; Hindrichs, O.; Gadkari, D.; Gershtein, Y.; Halkiadakis, E.; Kurup, C.; Lath, A.; Nash, K.; Osherson, M.; Saha, P.; Schnetzer, S.; Stone, R.; Ally, D.; Fiorendi, S.; Harris, J.; Holmes, T.; Lee, L.; Nibigira, E.; Spanier, S.; Eusebi, R.; D'Angelo, P.; Johns, W.; Null, Null

doi:10.1088/1748-0221/19/10/p10023

High-luminosity particle collider experiments such as the ones planned at the High-Luminosity Large Hadron Collider require ever-greater vertexing precision of the tracking detectors, necessitating reductions in the material budget of the detectors. Traditionally, the fractional radiation length (x/X 0) of detectors is either estimated using known properties of the constituent materials, or measured in dedicated runs of the final detector. In this paper, we present a method of direct measurement of the material budget of a CMS prototype module designed for the Phase-2 upgrade of the CMS detector using a 40-65 MeV positron beam. A total of 630 million events were collected at the Paul Scherrer Institut PiE1 experimental area using a three-plane telescope consisting of the prototype module as the central plane, surrounded by two MALTA monolithic pixel detectors. Fractional radiation lengths were extracted from scattering angle distributions using the Highland approximation for multiple s...