CSTS du 19 octobre 2007 CMS-Saclay

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1 CSTS du 19 octobre 2007 CMS-Saclay
Programme : État d’avancement de CMS Avancement de ECAL Les engagements de Saclay dans ECAL Le système de monitorage SRP Tests en faisceau Les engagements de Saclay dans la physique Recherche du Higgs en γγ Test du Modèle Standard Recherche du Higgs MMSM en bbH/A → ττ → eμ Perspectives et conclusions M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

2 CSTS du 19 octobre 2007 CMS-Saclay
Retour de champ Traceur ECAL Calorimètre à petit angle Aimant solénoïdal supraconducteur HCAL Poids total T Diamètre extérieur 15.0 m Longueur m Champ magnétique 4 Tesla Muons M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

3 État d’avancement de CMS
CMS testé en surface (2006) : Bobine Champ nominal atteint Premiers événements cosmiques M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

4 État d’avancement de CMS
Descente dans le puits fin 2006-début 2007 M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

5 Pixels/Traceur Traceur prêt à être transporté au P5
Pixels prévus pour janvier 08 M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

6 État d’avancement de CMS
Insertion du ECAL Premier ½ tonneau installé en mai Second ½ tonneau Installé et testé en 12 jours ouvrables Tous les SMs testés en cosmique Intercalibration des cristaux ~2% Canaux morts : 28/61200 Canaux pathologiques : 7 M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP Début du câblage

7 HF et blindage Test du positionneur du HF M.D. 19-octobre-2007
CSTS du SPP

8 Préparation de CMS Global runs mensuels :
3 jours à la fin de chaque mois 7 sous détecteurs présents en septembre HO-HB-Tracker FEDs-CSC FEDs-RPC-EB-DT-HF Résultats Lecture de ECAL, HB, HF, HO, HE, DT, RPOC, CSC et LUMI frontends Lecture de 50 % du Traceur Mise en œuvre du « Trigger Supervisor » Mise en œuvre du « Run-Control », Initialisation et configuration de détecteurs depuis les DBs Mise en œuvre du DQM HLT et reconstruction avec CMSSW Transfert Tier0-Tier1 et Tier2 (délai typique = 1 heure) Shifts délocalisés (FNAL) avec analyse des données sur Tier1 M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

9 Préparation de CMS CSA07 (computing, software and analysis challenge)
Mise en service de la chaîne globale d’analyse et de simulation Test des performances et de la stabilité des outils de production Plan de charge : simulation de 50% des besoins de 2008 M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

10 Les engagements de Saclay dans CMS
CMS canal historique : ECAL Système de monitoring Système opto-mécano-électronique Traitement des données Processeur de lecture sélective (SRP) CMS canal habituel Recherche du boson de Higgs en γγ CMS canal progressiste Étude des couplages à 3 bosons de jauge Recherche du boson de Higgs MSSM en ττ → eμ M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

11 Composition actuelle: 15 physiciens SPP :
Le groupe CMS à Saclay Composition actuelle: 15 physiciens SPP : M. Besançon, M. Dejardin, D. Denegri, B. Fabbro, J.L. Faure, S. Ganjour, F.X. Gentit, A. Givernaud , G. Hamel de Monchenault, P. Jarry, E. Locci, J. Malclès, A. Rosowsky, M. Titov, P. Verrecchia 1 physicien conseiller scientifique : J. Rander 1 doctorant (terminé en 2007) : J. Descamps 1 Postdoc (novembre) : F. Ferri 13 ingénieurs et techniciens SEDI : M. Anfreville , J-P. Bard, M. Boyer, A. Gomes, P. Gras, C. Jeanney, I. Mandjavize, Y. Penichot, D. Pierrepont (antenne), J.M Reymond, J. Rolequin, J. Tartas, P. Venault M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

12 CMS-ECAL M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

13 Les engagements de Saclay dans ECAL
Calorimètre performant pour la recherche H →γγ But : Problème : Maintenir la stabilité du détecteur ~ O(mois) Taille des événements Système de monitorage : Optique : Harnais, boite diffusante et mécanique associée Électronique : préampli, numérisation et mécanique associée 3 ingénieurs, 8 techniciens, 2 physiciens Traitement en temps réel des données Ferme de monitorage 5 physiciens, 1 ingénieur, 1 technicien Lecture sélective des événements Modules SRP : développement des modules et algorithmes 2 ingénieurs, 1 physicien Maîtrise du détecteur Expertise électronique VFE & ULR et reconstruction des signaux Préparation et analyse des tests en faisceau Simulation 11 physiciens, 1 thésard σ(E) E ≈ 3 % + . 5 200 MeV Électronique Uniformisation et stabilité du calorimètre M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

14 Stabilité du calorimètre
Pourquoi : ∂(LY)/∂T, 1/M(∂M/∂T) ~ -2%/K 1/M(∂M/∂V) ~ 3%/V Comment : Système de suivi de la transparence des cristaux en temps réel Injection de lumière laser dans chaque cristal et comparaison avec la réponse de diode de référence Analyse des données en temps réel = surveillance du détecteur M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

15 Le système de monitorage
Architecture : 75688 voies 528 voies CERN Lyon Turin Zurich US-CMS SEDI/LSEO Meme R/O Lasers differents pas simultanés SEDI/LID Caltech M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

16 Le système de monitorage
88 harnais L2 (1 vers 7) 400 harnais L1 (1 vers 200) 264 FEMs (2 diodes PN) 44 MEMs (lecture de 6 FEMs) M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

17 Le système de monitorage
Installation sur ECAL Contrôle qualité  base de données de construction de CMS M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

18 Le système de monitorage
Bilan 2007 Tous les éléments sont produits et testés et validés Énorme implication du SEDI depuis 10 ans 36 SM réalisés en juin 2007 ~15 jours.homme/SM 4 Dees réalisés en juin 2008 ~30 jours.homme/Dee Le sérieux et la ponctualité du travail de Saclay est très apprécié et reconnu par CMS ! Fort engagement du SEDI et aide précieuse et indispensable de l’Antenne Reprend au maximum les éléments développés pour le reste de l’experience (Fenix, Optique) M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

19 La génération des événements de monitorage
Génération des données au LHC : Rythme : 100 Hz (limite du laser) 1 gap sur 112 Volume de données : 8 Go/30mn Rôle de Saclay Synchronisation laser-DAQ-LHC (EMTC) Traitement des données de monitorage Structure du faisceau du LHC M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

20 Traîtement des données laser : « ferme de monitorage »
Welcome to MusECAL FilterFarm HLT Laser Farm Disk Buffer OMDS ORCOFF Offline Reconstruction P5 Tier0 CAF Primitives laser Correction de transparence Repackage Laser Data ORCON Gap Events RC EMTC LASER TTC CMS Rôle de Saclay : Calcul des primitives laser Calcul des corrections de transparence M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

21 L’acquisition des données dans ECAL
78688 cristaux – canaux de lecture 4032 unités de déclenchement (lecture synchrone 40 MHz) 3072 unités de lecture (lecture asynchrone 100 kBq) Lecture totale ECAL(1,5 Mo) > Taille événement CMS (1 Mo) Réduction intelligente /20 (biais négligeables sur la physique) Pas de suppression de zéros massive Lecture de zones d’intérêt hiérarchisées + Lecture de tous les dépôts d’énergie avec une grosse granularité 8 x ½ Dé (bouchon) 36 Super-modules (tonneau) Reduction du flux de donnees ~ 10-20 Unité de lecture M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP Unité de sélection

22 L’acquisition des données dans ECAL
CERN Lyon Turin Zurich US-CMS CERN LLR Saclay 3 μs LIP M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

23 Le projet SRP M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

24 État d’avancement du projet « SRP »
Définition des algorithmes et codage du micro-code OK Production et test des modules VME Installation des modules dans CMS Tonneau OK Bouchon à faire En cours : Déverminage avec l’électronique OD du ECAL Intégration dans le Global Run À faire Validation des algorithmes sur données réelles Qualité du travail de Saclay reconnu dans CMS ! M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

25 Maîtrise du détecteur Activités tests en faisceau
Forte présence depuis 1996 Expertise en électronique et reconstruction des signaux Laser, particules, injection électronique Étalonnage de l’électronique Démonstration de la faisabilité du maintien de la stabilité du calorimètre Compréhension du système de monitorage Correction des dégâts dus aux irradiations Transport des coefficients d’étalonnage Optimisation de la résolution du calorimètre Corrections des pertes inter-cristaux et inter-modules Corrections de linéarité Reproduction des résultats en simulation Aide de l’antenne  support + table M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

26 Maîtrise du détecteur H4 H2 P5 9 SM testés en 2006
Gev et 120 GeV Reproductibilité des mesures Courbes de résolution sur 70 cristaux Études des corrections de « gaps » et de « cracks » dans 9 SM 500 cristaux de Dee4 testés en 2007 Intercalibration Irradiation (russe vs chinois) H2 Test combiné ECAL-HCAL P5 Mise en route du système de monitorage Synchronisation laser-DAQ M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

27 Applications des connaissances
Rédaction du TDR de physique Performances du détecteur (Vol. 1) Physique du Modèle Standard (Vol. 2) Aide pour faire de la bonne physique Objets calorimétriques électromagnétiques Recherche de la désintégration du boson de Higgs en γγ Étude des états finals à 2 bosons de jauge Z0 États finals à 4 électrons Extension à tous les objets leptoniques Recherche des couplages à trois bosons dans les états finals leptoniques Recherche du boson de Higgs supersymétrique dans la voie ττ→eµ M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

28 Recherche du boson de Higgs en γγ
Intérêt Voie prometteuse si m(H)< 130 GeV/c2 Application des connaissances sur le calorimètre Recherche d’une raie spectrale étroite sur un fond continu Rapport S/N ~ 1/15 Directement lié à la résolution du calorimètre Implication de Saclay Optimisation de la résolution du calorimètre Correction des pertes d’énergie entre cristaux, entre modules Algorithme de recherche d’amas -> Thèse de Julien Descamps Reconstruction en position des photons Perspectives Intégration des outils dans CMSSW Publicité sur ces outils Manque de visibilité du groupe dans CMS Renforcer le groupe ++ M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

29 Recherche du boson de Higgs en γγ
Outils de recherche d’amas / Correction d’énergie Correction d’énergie Recherche d’amas Test beam Matrice 3x3 = S9 Z→ee M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

30 Recherche du boson de Higgs en γγ
Comparaison algorithme Hybrid Effet sur H → γγ Gain faible Correction Hybrid optimisée pour H→γγ ! Mais Étalonnage Hybrid = MC Étalonnage S9 = données Correction ad-hoc Hybrid M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

31 États finals à 2 bosons de jauge
2 voies de production : voie s, voie t Voie s = couplage à 3 bosons de jauge (TGC) Couplage à 3 bosons de jauge TGC chargés : WWZ, WWγ Permis dans le SM TGC neutres : ZZZ, ZZγ Interdits dans le SM Motivations Test du caractère non-abélien de la théorie de jauge Recherche de couplages anormaux Fenêtre sur de la nouvelle physique Augmentation de la section efficace à grand PT Corrélations angulaires Bruit de fond irréductible dans la recherche directe du boson de Higgs et de SUSY Engagement : 2 physiciens voie t voie s fZ40 = 0.02 fg50 = -0.02 M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

32 États finals à 2 bosons État final WZ État final ZZ
Dominé par la voie s Accès au TGC Observé au Tevatron (D0 : σ(WZ) = pb) Accord avec prédiction MS LHC : σ(WZ) ~ 32 pb Observation à 5 sigmas : 150 pb-1 État final ZZ Dominé par la voie t Limite du Tevatron (σ(ZZ) < 3.8 pb, attendu 1.4 pb) LHC : σ(ZZ) ~ 21 pb Observation à 5 sigmas : 1 fb-1 WZ ZZ M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

33 Recherche du boson de Higgs MSSM en ττ→eµ
Couplage H→ττ augmenté pour les grandes valeurs de tan(β) Voie concurrentielle pour les basses valeurs de la masse de H Saclay bb(H→ττ→ eµ+ETmis) Canal de contrôle vs découverte Bonne connaissance des e/µ/ETmis et trigger e/µ à bas PT Ingrédients utiles pour toute recherche au delà du SM Faible bruit de fond SM Engagement : 3 physiciens M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

34 Conclusions Aspects techniques sous contrôle
Distribution de lumière Acquisition des données de monitorage En cours de déploiement sur CMS Traitement en ligne des données de monitorage Lecture sélective des événements Préparation à la physique au LHC Expertise technique et physique du ECAL +++ Implication dans 3 sujets de recherches complémentaires Cours, moyen et long terme Possibilité d’étendre le champ d’investigation avec des renforts Programme de CMS prêt pour 10 pb-1, 100 pb-1, 1fb-1 Calibration, alignement Modèle Standard Higgs, SUSY Renforcement du groupe nécessaire pour exploiter notre expertise sur le détecteur et augmenter notre visibilité dans la physique. M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

35 Merci pour votre attention
γ γ M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

36 CMS Réserve M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

37 Les cristaux de tungstate de plomb PbWO4
Calorimètre ECAL de CMS : cristaux très denses de Tungstate de Plomb PbWO4 La gerbe produite fait scintiller le cristal et La lumière est ensuite transformée en signal électrique par 2 photodiodes à avalanche APD (tonneau) 1 phototriode à vide VPT (bouchons) Densité 8.28 g.cm3 X0 0.89 cm RM 2.19 cm EC ~10 MeV Pic d’émission nm Coef. Température -2%/°K ~2 cm 23 cm = 26 X0 Tonneau Bouchons Dimensions du cristal (cm) ~2 x 2 x 23 17 formes 2.86 x 2.86 x 21 Photo- détecteurs Photodiodes à avalanche APD Phototriodes à vide VPT M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

38 Simulation d’une gerbe électromagnétique
Cristal e- 120 GeV M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

39 Compréhension du système de monitorage
Évolution relative APD/PN en laser 100 cristaux/3 semaines : APD/PN : s = 1.5/1000 M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

40 Correction des dégâts dus aux irradiations
σ(α)/α= 4,2 % M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

41 Transport des coefficients d’étalonnage
Coefficients d’étalonnage résiduels après correction du système de monitorage M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

42 Motivations et objectifs
 Système de lecture du calorimètre ECAL → cristaux / canaux électroniques → 10 échantillons à 40 MHz → Unité de lecture constituée de 5x5 = 25 cristaux → 3072 Unités de Lecture (UL) Bouchon z- Demi-tonneau z- Demi-tonneau z+ Bouchon z+  Trigger de niveau 1 (L1) → Cristaux regroupés en Tours de Trigger (TT) → 4032 TDs 30600 canaux 1224 TDs 1224 ULs 792 TDs 312 ULs 7324 canaux = UL TT ≠ UL TT  Taille des données brutes pour 1 évènement ECAL (1,5 Mo) > taille d’un évenement CMS complet (1 Mo) → taille moyenne allouée à ECAL pour un évènement: 100 ko  Flot de données maximal de ECAL, 150 Go/s > bande passante du DAQ, 100 Go/s Nécessité d’un facteur de réduction voisin de 20  Suppression de zéros : non linéarité et dégradation de la résolution en énergie  Lecture Sélective: → Définit évènement par évènement les zones de fort intérêt → Lit les données de précision des canaux de ces zones → Applique une suppression de zéros sévère sur le reste des canaux M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

43 Différents types d’algorithmes de Lecture Sélective
 Fenêtre glissante sur une grille η-φ de 3x3 ou 5x5 TT V C  Les TT sont classées suivant l’énergie déposée: ET Seuil Haut Seuil Bas Indicateurs “SR” de lecture sélective: Faible intérêt Isolée Centre Voisines  Les canaux des Unité de Lecture (UL) formant les TT Isolées, Centres et Voisines sont lus sans suppression de zéros (SZ) ou avec une suppression de zéros avec un faible seuil.  Une suppression de zéros sévère (éventuellement totale) est appliquée sur les canaux des UL formant les TT Faible intérêt.  Les données sélectionnées sont complétées par une carte de l’énergie déposée couvrant l’ensemble du calorimètre avec la granularité des TT. → La réduction du volume de données nécessaire peut être atteinte sans affecter les performances de Physique → Algorithme implanté dans la simulation globale de CMS M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP

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55 L’acquisition des données dans ECAL
CERN Lyon Turin Zurich US-CMS 40 MHz 40 MHz LLR 100 kBq LIP CERN Saclay 3 μs 100 kBq M.D. 19-octobre-2007 CSTS du SPP