Damien Prieur - LAPP - 28 Mars Commissioning du système de déclenchement de niveau 1 calorimètre du détecteur ATLAS Damien Prieur Rutherford Appleton Laboratory - STFC

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Sommaire Le LHC & le détecteur ATLAS Le système de déclenchement Niveau 1 Calorimètre Commissioning & rayons cosmiques

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Le Large Hadron Collider - LHC Collisions pp à √s = 14 TeV Période de croisement: 25 ns protons par paquet Luminosité initiale: L 0 = cm -2 s -1 Luminosité initiale: L 0 = cm -2 s -1 (L = 50 pb -1 /an) (L = 50 pb -1 /an) Basse luminosité : L 0 = cm -2 s -1 Basse luminosité : L 0 = cm -2 s -1 (L = 10 fb -1 /an) (L = 10 fb -1 /an) Luminosité nominale: L 0 = cm -2 s -1 Luminosité nominale: L 0 = cm -2 s -1 (L = 100 fb -1 /an) (L = 100 fb -1 /an) Premières collisions: été 2008 Premières collisions: été Détecteurs: ATLAS & CMS: collisions p-p, modèle standard et au delà LHCb: collisions p-p, physique du B, violation de CP ALICE: collisions ion-ion/p-ion, plasma quark-gluon

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Caractéristique du détecteur Longueur: 44 m, Diamètre: 22 m Poids: 7000 t Point d’interaction des faisceaux Le détecteur ATLAS Détecteurs internes Détecteur à pixel Semi-Conductor Tracker (SCT) Transition Radiation Tracker (TRT) Les calorimètres Electromagnétique Hadronique Solénoïde 2T Spectromètre à muons Monitored Drift Tubes (MDT) Cathode Strips Chambers (CSC) Resistive Plate Chambers (RPC) Thin Gap Chambers (TGC) 8 aimants toroïdaux

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Sections efficaces & taux de production 70 Section efficace p-p inélastique: 70 mb collisions par croisement ( cm -2 s -1 )  Empilement d’événements  10 9 interactions/s (haute luminosité) Besoin d’une sélection pour ne garder que les évènements importants Prospection de processus à faible xs Facteur de réjection ( H   120 GeV) Chercher un aiguille dans une botte de foin… Limites technologiques: Taille évènement: 1.5 Mb Débit de stockage: 300Mb/s  Réduction du taux d’acquisition de 40 Mhz à 200 Hz

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Stratégie de déclenchement 1/2 CD (300 Mb/s) 4 CDs (3 Gb/s) 160 CDs (120 Gb/s) RoIB High-level Trigger ROD Other detectors Calorimeters Muons CALO trigger MUONS trigger CTP Level-1 L1A. 40 MHz 75 kHz <2.5  s ROB Det. readout DAQ Event Builder ROS Level-2 <40 ms L2SV EFN L2A. 2 kHz RoI requests RoI Data Regions of Interest (RoI) Event Filter ~1 s L2N EF Acc. 200 Hz Full events hardware Software 300 Mb/s 120 Gb/s 3 Gb/s L1 Electronique dédiée (ASICS & FPGAs) Calorimètres & muons Latence 2.5  s L1A 75 kHz L2 ~500 dual CPUs Granularité complète Régions d’intérêt (~2%) Latence ~40 ms L2A 2kHz Event Filter (L3) ~1600 dual CPUs Evènement complet & accès aux données d’étalonnage Reconstruction plus raffinée Algorithme offline Latence ~1s 200Hz

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Déclenchement de Niveau 1 (L1) 3 sous-systèmes L1 - Calorimètres (L1Calo) L1 - Muons Central Trigger Processor (CTP ) Identification de signatures e/  /hjets  e/ ,  /h, jets,  Multiplicité par seuils en p T Critères d’isolation E T manquante, E T totale, E T jet CTP Chef d’orchestre… Preprocessor Cluster Processor e/  /h e/ ,  /h Jet/Energy Processor jetsE T jets, E T Muon Barrel Trigger Muon Endcap Trigger Muon-CTP Interface Central Trigger Processor LAr TileRPCTGC RoIB L2 supervisorDetector readout

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Central Trigger Processor (CTP) Reçoitsynchronisealigne Reçoit, synchronise et aligne les informations de déclenchement Autres signaux: Déclenchement aléatoire Etalonnage Evénement de biais minimum (MBTS) Génère la décision de niveau 1 (L1A) Menu de déclenchement programmable Latence 100 ms (4BC) Distribue le L1A aux sous détecteurs

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars L1 calorimètres - Architecture L1Calo partitionné en 3 sous systèmes  Chaque module transmet ces informations en temps réel au CTP  DAQ + RoIs à chaque L1A ( 100kHz ) Pré-Processeur (PPM) Reçoit signal analogique en provenance des calorimètres et l’échantillonne Tours de déclenchement Granularité réduite ( Tours de déclenchement ) Identification croisement (BCID) E T Reconstruit E T Processeurs JEM & CPM Exécute algorithmes de physique Recherche & Identification:  leptons isolés, taus  jets Calcule E T totale, manquante,…

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Tours de déclenchement (TT) LArTuiles (segmentation semi-projective) 3584 x 2 (EM+HAD) tours de déclenchement 0.1x <|  |< x <|  |< x <|  |< x0.1 |  |< 2.5  x  Position

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Echantillonnage 40 Mhz, Flash-ADC 10 bits 1 ADC = 250 MeV Piédestal 40 ADC PPM Receveurs (Rx) Prépare signal pour transmission au L1 (2,5V  250GeV) Gain variable Conversion E  E T Monitorage local du signal Pre-Processor Module – Reconstruction de l’énergie Transmission Processeur & DAQ 5 échantillons du signal (5x10b) & E T (8b) 10 Etalonnage E T Look-Up Table Look-Up Table (LUT) Soustraction piédestal, suppression bruit ADCGeV Conversion ADC (10b)  GeV (8b) E seuil 8 Identification du croisement de faisceaux (BCID) Détermine position maximum du signal (linéaire/saturé) Filtre à réponse impulsionnelle finie (FIR) Assigne E T au ‘bon’ croisement de faisceaux a0a0 a1a1 a2a2 a3a3 a4a4 +

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Etalonnage des pré-processeurs Réglages en temps: Pour assurer que les données relatives à 1 évènement sont:  échantillonnées correctement (3 ème échantillon au maximum)  envoyées aux processeurs de façon synchrone  lues correctement par DAQ à chaque L1A Procédures automatiques “PHOS4 scan” - Echantillonnage par pas de 1 ns Différentes stratégies en fonction de l’origine du signal (étalonnage, cosmiques, collisions,…) Energie: Filtre FIR:  Optimise rapport signal/bruit  Pas de filtrage pour le moment (00100) Conversion ADC  GeV (LUT)  “Energy scan”  Pas de procédure automatique  Soustraction du piédestal de 40 ADC  E T = ADC/4 ( 1ADC  250MeV )  Seuil de 6 GeV Procédures en cours de développement ! de développement ! GeV 40ADC

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Installation & Commissioning Système complètement installé dans USA15 depuis Janvier 2008 Production des modules achevée Dernier modules installés Fin du câblage Phase de commissioning Tests du système Procédure d’étalonnage avec les calorimètres Analyse de données provenant de rayons cosmiques Muons cosmiques: Fonctionnement & stabilité des modules/processeurs in situ Compréhension de la chaîne d’acquisition:  Analogique & digitale  Comparaison Calorimètres/L1Calo Tests de déclenchement muons  preuve du fonctionnement du L1Calo Plusieurs campagnes (Mx) d’intégration & de prise de données

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Run Un muon cosmique… Tuiles L1Calo - HAD Argon liquide

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Corrélation de l’énergie avec les calorimètres Comparaison de l’énergie reconstruite par L1Calo avec les calorimètres Partie tonneau: |η|<1.3 E LAr =  (E PS +E S +E M +E B ); E Tuile =  ( E A +E BC +E D /2) Gain des receveurs: 2 Lar : conversion E  E T Tuiles: mesure E directement Run (M5)  Résultats préliminaires mais bonne corrélation !  Nécessite un réglage en temps Calo/L1Calo correct  Premiers muons vus par le Lvl1-Calo !

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Menu & taux de déclenchement 1TAU6 1EM1 1J4 + 1TAU6 1J4 + 1EM1 1J4 83% 11% 5% rate (Hz) luminosity block kHz rate (Hz) luminosity block EM1 1TAU6 1J4 RNDM0  M6  Run de 8 heures (1 luminosity block: 5 minutes)  Changement pré-scale RNDM trigger (LB=13,25)  Taux de déclenchement L1Calo stable

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Système complètement installé depuis Janvier 2008 Beaucoup de tests et de runs techniques réalisés avec les sous détecteurs Qualité signal, câblage,… Intégration avec autres sous détecteurs Campagnes de commissioning dédiées (Mx runs) Implication croissante, beaucoup de progrès Expérience du système grandissante Synchronisation inter systèmes (non trivial) Maîtrise du taux de déclenchement, diminution des seuils On trig sur des muons ! Strategie etallonage /DB Effort -> concentre Mx -> experience du systeme Integration monitoring et outils de config Conclusions & Perspectives… Objectifs: Système opérationnel pour le démarrage du LHC  pas d’erreur dans la partie digitale  réglage en temps & étalonnage raisonnable  +95% des canaux actifs Développement stratégies & procédures d’étalonnage Performance  efficacité du déclenchement  correction canaux morts… Etalonnage de l’énergie raisonnable suffisant pour voir et declencher sur les muons

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Merci de votre attention !

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars B A C K U P...

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Sections efficaces & taux de production – I 70 Section efficace p-p inélastique: 70 mb -> 10 9 interactions/s (haute luminosité) ProcessusTaux ( cm -2 s -1 ) Paires bb 5x10 6 s -1 Paires tt 8 s -1 W  e 150 s -1 Z  e e 15 s -1 Higgs (150 GeV) 0.2 s -1 Gluino Squarks 0.03 s -1 (1TeV) Le LHC est une usine à W, Z, top: lots de données importants, étude des effets systématiques faibles erreurs statistiques, mesures de précision recherche de processus rares

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Calorimètre électromagnétique - Bouchon Cryostat Calorimètre électromagnétique - Tonneau Calorimètre hadronique à tuiles Calorimètre hadronique - Bouchon Calorimètre vers l’avant Les calorimètres

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars x10b FADC samples 4010b Samples subtraction b position 3b position A B-A C-A D-AE-A 3b4b4b3b6b Compression Menu Find matching item in Compression Menu b position b Comp. Code + 6b3b4b4b3b 27 bits 50 bits Non-Sorting compression method Find minimum b position 3b position + A B C DE  Larger bit fields are now required to encode FADC data

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars ROD/ROS - Compression de données - Noise level scaled by an arbitrary factor x0.4x2 - Global factor applied to electronic noise: x0.4  x2  Fixed size format robust to noise level changes 70%  Compression factor could be kept above 70%

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Réglage temporel des signaux Bunch crossing Temps d’arrivée du signal de physique 3 ème échantillon au maximum Estimation du maximum par fit parabolique Bunch crossing EM HAD EM HAD

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Pre-Processor Module (PPM) - I Principal composant du système de pré-processeurs PPM identiques dans 8 crates tours de déclenchements par PPM Données traitées par ASIC Transmission série de l’énergie reconstruite aux CP & JEP (temps réel)

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars CPM

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars JEM

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Formation des RoIs Hadronic Trigger Towers ( 0.1x0.1 ) 53 GeV 46 GeV Jet elements ( 0.2x0.2) 99 GeV JEM RoI ( 0.4x0.4 )

Rutherford Appleton LaboratoryDamien Prieur - LAPP - 28 Mars Piédestaux & bruit électronique Mean: Mean: Bruit EM: 190 MeV 0 5 Bruit HAD: 390 MeV 0 5 Piédestaux EM Piédestaux HAD Bruit électronique (coups d’ADC)

30 Larg timing (offline monitoring) In sequence top/bot: L1calo, MBTS, Tile (nim0), Mu2, Mu3 for emeca, L1calo Heca