Réunion Super ATLAS avec Services techniques François Vazeille 27 novembre 2008  Rappel du contexte  Rappel des dates et échéances  Un point rapide  Les pistes pour le LPC  Comment procéder?  Premières conclusions Séminaire du 14 octobre mises à jour.  Avant propos

Avant propos 1 ATLAS a été conçu pour fonctionner au LHC - 10 ans à pleine Luminosité (10 34 cm -2 s -1 ), - avec une technologie des années Et en faisant appel à des simulations délicates (Radiations, champs magnétiques…). Super ATLAS devra fonctionner avec: - une Luminosité 10 fois supérieure, - avec une électronique  fatiguée  par le LHC, - et une technologie des années 2015, soit 20 ans après.  Il est évident que des changements importants sont requis, De plus, bénéficiant de l’expérience acquise: - Connaissance réelle des radiations, des champs magnétiques… - Connaissance approfondie des détecteurs (ATLAS est un prototype!), les améliorations requises sont plus évidentes. La démarche instrumentale entreprise vers SLHC se justifie sans peine.

Rappel du contexte  But: X la Luminosité par 10, et ultérieurement l’énergie par 2.  Augmentation progressive de la Luminosité: on peut dire que l’évolution vers SLHC commences … dès 2009!  Fort impact sur ATLAS et CMS, moins sur LHC lui-même en ce qui concerne l’augmentation de la Luminosité.  Réflexions et travaux (R&D) déjà très avancés: - au CERN (voir page suivante), - dans ATLAS, - à l’IN2P3, - dans le Tilecal.  Au LPC? L’équipe ATLAS a décidé de participer à SATLAS (Décision 30 octobre 2008) - Responsable: FV. - Etapes: 1 ère rencontre avec Services techniques (aujourd’hui) Conseil Scientifique du LPC (12 décembre) Rencontre avec IN2P3 (Etienne Auger) … EoI (15 avril 2008), puis réunions suivantes.  Steering Group  : 4 personnes dont FV.  Programme scientifique assuré jusqu’à l’année 2025 … au moins. C’est le moment 2

 Définition de 8  Work Packages  par le CERN, avec échéances et livraisons (  Deliverable  ) S-ATLAS et CMS2 sont prioritaires Pourquoi? - Besoins de la physique. - Les 2 seuls expériences travaillant au LHC à pleine Luminosité et tout le temps (mis à part l’arrêt hivernal). 3

- Juillet 2006: Stratégie officielle de l’Europe  European Strategy for Particle Physics  adoptée à l’unanimité par le Conseil du CERN. - 9 avril 2008: Coup-d’envoi officiel de la R&D (  SLHC kick-off meeting  ) s’intégrant dans la Phase préparatoire de l’upgrade du LHC (SLHC-PP project) CERN + Europe + Instituts extérieurs (USA…)  Grande réunion publique au CERN. CERN  Phase 1 ( ): un petit et graduel  upgrade  x 2 or x 4  Phase 2 ( ): grand  upgrade  x 2.5  Phase 2’ (?):  upgrade  du LPSPL  SPL (Multi-MW beam power) concerne moins le LHC  Phase 3 (??):  upgrade  SLHC pour énergie - Différentes phases. - La décision officielle sera prise en 2011, et l’échéancier est bien établi, avec comme toujours des retards éventuels (Démarrage du LHC…). Rappel des dates et échéances - 1 er juillet 2008: Scénario commun ATLAS/CMS/LHC. Arrêts 6-8 mois 18 mois 4

ATLAS 2009: LoI (  Letter of Intent  ) Super-ATLAS TDR pour le replacement de la couche interne des Pixels (IBL:  Insertable B-layer  ). 2010: TP ATLAS (  Technical Proposal  ). 2011: TDR ATLAS (  Technical Design Report  ). Fin 2012: Changements Phase 1. Fin 2016: Changements Phase 2. 5

TILECAL novembre: Workshop commun Argon/Tuiles/Trigger au CERN. 2 autres réunions du même type ou élargies prévues en 2009, février et octobre. 2 ans de R&D à partir de maintenant: Octobre 2008-Octobre Prototypes. Planning de production, en accord avec calendrier global ATLAS: 2009: LoI 2010: TP … 6

1. Le LPC veut-il participer à de l’instrumentation pour S-ATLAS? Oui 2. Le LPC veut-il rester parmi les 19 Instituts qui veulent contribuer au Tilecal? Oui mais cela ne nous empêche pas de regarder si des contributions techniques peuvent être menées sur d’autres parties. ATLAS/LPC 4 Novembre 2008: CSP sur Laser 2 … 12 décembre 2008: Conseil scientifique dédié aux expériences LHC et à ILC. 30 octobre 2008: Réunion de l’équipe ATLAS (Physiciens) Aujourd’hui 27 novembre: rencontre avec les Services techniques du LPC Des pistes pour de la R&D sur Tilecal. Comment effectuer les choix au LPC? Amorcer la procédure officielle: LPC, IN2P3, Tilecal et ATLAS.  Annoncer les premières informations et prendre date R&D Tilecal et autre? Puis planning SATLAS. Sachant que les  upgrades  naturels et pour SLHC peuvent être mélangé (Cas du Laser, par exemple). 7

Un point rapide Une approche plus globale et coordonnée des upgrades: ATLAS doit être considéré comme un tout, du détecteur à la DAQ., et les performances LHC doivent être conservées (Résolutions…). - Au niveau d’ATLAS Exemple: le Trigger doit être beaucoup plus sélectif, sans pour autant augmenter les seuils et dépasser 100 Khz.  Une plus grande granularité ou segmentation est requise en calorimétrie.  Utilisation d’algorithmes topologiques de haut niveau (Type objet).  Le Détecteur interne pourrait participer au Trigger (Seuil à 15 GeV/c).  Impact sur le temps de Latence (Temps de reconstruction des traces) Actuel: 2.5 µs  projeté ~6 µs  Problèmes pour électronique Muons. - Au niveau du Tilecal  Une meilleure intégration Exemple: Alimentations Basses Tensions et électronique  pensées  en même temps. 8

Situation globale pour ATLAS: quelques exemples Phase 1 - Pas d’upgrade sur les détecteurs, à part le Détecteur interne (Pixels), même si inquiétudes sur la Calorimétrie sur l’avant. - Améliorations de la DAQ, mais attente des premières données avant de revoir l’architecture, et du CTP (Trigger central). - Evolutions de certains éléments liés à l’électronique Exemple: Le Laser du Tilecal figure officiellement dans la Phase 1. Phase 2 - Upgrades de certains détecteurs: Détecteurs internes: TRT enlevés ou modifiés… Calorimétrie Argon sur l’avant. Trigger  Ajouter les Détecteurs internes  Impact sur la Latence.  Augmenter la granularité Argon (Cellules plus petites) et la segmentation en profondeur des Tuiles + la nature du Trigger: numérique et non analogique. - Révision profonde de l’électronique, un peu partout et donc en Calorimétrie avec une partie déportée hors détecteur. + contraintes des radiations. - Idem pour les Alimentations Basses Tensions… 9

Au LPC: Calorimètre à Tuiles en priorité  Notre décision tardive (mais justifiée) de s’engager techniquement sur SATLAS. Dans le document EoI: - Depuis: évolutions  Réunions Argon/Tuiles/Trigger  Tendance vers une électronique plus déportée Trigger numérique en dehors des Tiroirs (USA15). Pipeline en dehors des Tiroirs (USA15). Transmissions des informations à débit élevé (Multi-Gb optical links).  Tiroirs avec électronique plus compacte et une intégration améliorée. Moins de cartes. Moins de connecteurs.  Problématique ouverte Tiroirs standards/mini Tiroirs pour des raisons d’accès (avis contraire du LPC). - De nombreuses pistes ont été considérées sur l’électronique (optique incluse), probablement trop  coût non chiffré. 10

Mixe r Tile Fibre PMT Divider 3-in-1 Analog Digital + pipeline Optical Link Interface ADC Integrator Adder Digitizer HVOpto HV Micro CANbus External HV 7  probes DC Calibrations TTC µ Trigger Hadron Trigger Mother Board Bus Board L H TILECAL PMT BLOCK DRAWER On-detector electronics Energy 11

Phase 1 - Remplacement des scintillateurs Gap et Crack, à cause des radiations. LBEB Gap Crack - Utilisation d’algorithmes topologiques pour le Trigger + couche 3 Tuiles comme solution  back up  pour les muons. - Evolution des RODs. Phase 2: Electronique nouvelle … sauf PMTs. - Front End (Tiroirs): Transmission complète des données numérisées dans la salle de comptage USA15. Complètement digital. Granularité complète: information en profondeur. Redondance (Lectures droite et gauche) conservée. - Back End (USA15): Trigger, Pipeline et RODs. - Basses Tensions changées pour 2 raisons:  Durée de vie standard: heures (11 années).  Radiations.  Nouvelles BT adaptées à la nouvelle électronique (Moins de niveaux). 12

PMT flat cable ADC GBT FPGA ADC Integrator mux 3-in-1 card: shaper amplifier(s) Q-injection Fibres vers USA15 Divider Tout sur la Mother Board Front End 13

La R&D va couvrir : il y a au moins 2 urgences - Le Laser 2, inscrit dans la Phase 1 (Mécanique, électronique, on-line). - Les Ponts Diviseurs (Notre expert n’est pas là pour toujours) pour la Phase 2: nous avons une solution de départ avec des composants actifs  Tests de radiation requis.  Banc Test à rénover (Mécanique, électronique, on-line). Les pistes pour le LPC Tiroirs ou mini-Tiroirs  Electronique nouvelle dans tous les cas. - Voulons-nous toujours contribuer aux HT? (Electronique, micro-électronique, on-line), sachant que nous excluons les BT. - Cartes 3en1 toujours à Chicago, mais contribution possible au contenu des Mother Boards: micro-électronique? - Contribution exclue sur l’assemblage des Tiroirs, mais non interdite sur la Mécanique. Electronique USA15: possibilités au niveau du pré-processeur Trigger et du pipeline (Electronique, microélectronique). - Evolutions Bancs Tests Cooling et nouveaux MobiDICK? (Mécanique, électronique, on-line). 14

Comment procéder? Aviser toutes les instances officielles de notre volonté de participer à SATLAS dans le cadre du Tilecal. < fin 2008 et demander un financement minimum pour Participer aux prochaines réunions: - Physiciens: FV et S. Viret + … si possible. - Ingénieurs. Faire part de nos centres d’intérêt immédiats. Exemple: Laser 2, Ponts Diviseurs.  Décisions au LPC (CSP…). Envisager d’autres activités (Phase 2 en particulier), en partant des exemples cités et en tirant partie des réunions SLHC. S’inscrire dans les plannings Tilecal et SATLAS: documents… et selon l’avancement, suivre les procédures officielles (CS…). 15

Premières conclusions Le moment est venu de s’intéresser à SATLAS, comme tous les autres laboratoires ATLAS/IN2P3. Compte-tenu de notre arrivée  tardive  :  Priorité sur le détecteur Tilecal. Des actions immédiates (< fin 2008) sont requises auprès des instances officielles:  Informer sur notre choix.  Obtenir un financement minimum pour de la R&D. Participer activement aux réflexions menées dans SATLAS et Tilecal:  Participation des Ingénieurs requises.  Contribution aux documents. Poursuivre les activités Laser 2 (Phase 1) et commencer de la R&D sur les Ponts Diviseurs. Décider en 2009 des autres activités R&D vers la Phase 2. En suivant partout les procédures officielles auprès des instances officielles : LPC, IN2P3, CERN. Il est inconcevable que SATLAS ne soit pas une priorité du LPC. 16