Commissioning du calorimètre central à argon liquide d’ATLAS: statut et plans futurs Physique ATLAS France Contributions importantes de: LAPP (Annecy), CPPM (Marseille), LSPC (Grenoble), LAL (Orsay) Mathieu Plamondon , Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire, Orsay

Plan « Un commissioning réussi ne nous aura rien appris de nouveau » Il en sera bientôt à sa phase 3 qui consiste à la prise de données de cosmiques Objectifs du commissioning phase 3 Échéancier Rôles du calorimètre à tuiles déclenchement temps du déclenchement Simulation données simulées signaux reconstruits dans le EM taux de cosmiques Ce que nous pourrons en faire? intercalibration des amplitudes en η intercalibration des cellules en temps Ce qu’il reste à faire Conclusions

Objectifs du commissioning démontrer que le détecteur peut opérer de façon stable effectuer une calibration complète du détecteur montrer que les outils de calibration et les bases de données fonctionnent détection/traitement des parties défectueuses diagnostiquer les mauvais signaux physiques intercalibration des cellules en amplitude et en temps étude de dépôts d’énergie plus importants (>2 GeV) Exemple d’un signal de muon désiré (été 2005) Afin d’atteindre ces objectifs, une statistique importante est requise (au moins 3 mois de données continues)

Échéancier Dans le cas du calorimètre central EM Commissioning phase 2 Monter la haute tension Vérification (et remplacement) de l’électronique et du bruit sur tout le calorimètre Démontrer la stabilité de la prise de données Vérification des outils du monitoring Dans le cas du calorimètre central EM Début: 32 crates installées. Les alims aussi ? Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre débutera après l’été 2006 reste à préciser: - comment les μ seront observés - ce qu’on pourra en faire Installation FEC BE liens optiques Refroidissement 6 semaines 293K90K (0.2K/h) Commissioning phase 3 6 semaines de tests Calibrations pour démontrer les performances (bruit,électronique) Mise au point du déclenchement Dépend fortement de la disponibilité des alimentations basse et haute tension Commissioning phase 3 début: mi-juillet 3 mois de cosmiques (certainement pas en continu) la stabilité dépend aussi des tuiles Jusqu’à présent: 22 crates installées et testées reste 80 crates à installer ½ crate commissionné à chaud (ROD/ROS + outils de monitoring) prochaine étape: l’électronique sera commissionée avec 6 crates (mi-avril) Pour les 2 calorimètres bouchons:

Le calorimètre à tuiles pour le déclenchement -1 ≤ η ≤ 1 10π/32 ≤ φ ≤ 22π/32 - Les chambres à muons ne seront pas encore fonctionnelles lors du commissioning mais… - Le calorimètre à tuiles est d’ores et déjà apte à enregistrer des signaux de muons utilisés pour le déclenchement ½ 42π/32 ≤ φ ≤ 54π/32 Note: le déclenchement de la partie centrale du calorimètre EM n’utilisera pas la partie extension du tonneau (contrairement au déclenchement des bouchons qui l’exploitera)

Déclenchement A B C D (A  B) (C  D) (A  B)  (C  D) >1.5 GeV Les tuiles voient bien les signaux de muons Les signaux reconstruits: Coincidence entre les modules d’en haut et ceux d’en bas A B C D (A  B)  (C  D) (A  B) (C  D) 12 Seuil d’énergie déposée dans les tuiles établi à 1.5 GeV au niveau du déclenchement pour limiter le nombre d’accidentels Car…le signal sommé du trigger (A+B+C+½D) est faible et sensible au bruit Nous voulons garder les muons projectifs mais aussi tout venant Un déclenchement avec un seul seuil (e.g. AB seul) donne un taux supérieur à 20 Hz (limite imposée par la capacité d’écriture du serveur) 1 PM sur 2

Le temps fourni par les tuiles les données sont asynchrones, i.e. pas en phase avec le 40 MHz les tuiles vont permettre de mesurer le temps du déclenchement avec une précision de ~1 ns Pas au niveau du déclenchement, mais avec le signal reconstruit avec le bon gain peut être utilisé comme référence pour le calo EM différence des temps reconstruits et ce qui est attendu d'après les temps de vols

La simulation Les objectifs de la simulation sont: obtenir une normalisation absolue du taux de muons déclenchés (et comparer avec ce que l’on l’observera) estimer les effets du bruit estimer les taux d’événements avec un grand dépôt d’énergie (quelques GeV) comprendre les effets de la non-projectivité sur les énergies qui seront reconstruites tester les algorithmes d’intercalibration en temps Génération du flux cosmique à la surface μ générés dans un volume de ±300m dans le plan x-z 5 GeV <Eμ< 5000 GeV (seuil inférieur aussi bas que 5 GeV car certains muons parviennent jusqu’au détecteur en traversant très peu de matière) le flux cosmique établi selon les estimations d’ALEPH ainsi qu’une mesure effectuée dans le puits il y a 1 an la composition du sol au-dessus de la caverne est considérée 12.6 m 18 m 60 m

Les cosmiques simulées * Deux lots ont donc été générés: r Génération: 148 milliards de μ 1) Non biaisé pour obtenir les taux distance minimale entre la projection du muon initial et le point d’interaction |IP|<8m équivalent à 17 heures de cosmiques 2) Biaisé pour simuler un maximum de muons projectifs |IP|<2.5m coupure sur la distance r entre le milieu du puits et le muon initial en fonction de son énergie distance r par rapport à l’axe du puits d’accès < 70m équivalent à 9 jours de cosmiques mHz Ordres de grandeurs: pour 1.48x1011 muons générés à la surface  correspond à 9 jours de cosmiques avec les ressources actuelles, ce fut simulé en 2 semaines 7:106 survivent aux coupures de présélection (direction/énergie initiale du muon) 10M muons ont ete simules 600k declenches |IP| Calorimètre à tuiles: 600k μ déclanchés Sans les puits d’accès, le commissioning avec les cosmiques n’aurait probablement pas eu autant d’intérêt

Les signaux dans le calorimètre EM L’énergie déposée par les muons est reconstruite avec l’information fournie par le 2ième compartiment (milieu) Le ratio S/B y est ~7 avec Optimal Filtering Sans OF, on perd un facteur 1.8. Donc, nécessité de l’utilisation de l’OF aux deux niveaux: reconstruit et non-reconstruit En raison de la géométrie en accordéon, un muon projectif traverse au moins deux cellules voisines en φ Chaque signal (un dans la partie supérieure, l’autre en bas) est reconstruit de la façon suivante: Dans l’hémisphère, la cellule du milieu avec la plus grande énergie est sélectionnée L’énergie la plus grande entre celles des deux cellules voisines en φ est ajoutée au signal Esignal = Emax(η,φ) + Evoisin(η,φ±1) Pourquoi ne pas utiliser un cluster topologique ? N’apporte pas grand chose en S/B Ce sont les variations en η qui nous intéressent Les signaux de muons suivent une distribution de Landau qui est convoluée avec une gaussienne pour tenir compte du bruit Note: les simulations utilisées ici pour estimer les taux n’incluent pas le bruit

Les événements projectifs Les signaux qui nous intéressent le plus sont ceux qui proviennent d’événements projectifs, i.e. passant près de l’origine Reproduisent les conditions ATLAS, utiles aux études de l’uniformité en amplitude Le nombre d’événements purement projectifs (Δη=ηhaut-ηbas= 0 , Δφ=φhaut-φbas= 0) qui seront collectés en 3 mois sera insuffisant Une précision de 0.5% sur la position du maximum est désirée Quelle non-projectivité pouvons-nous tolérer? Sans introduire de biais important ni élargir la distribution En fait, les événements non-projectifs sont utiles pour rechercher les cellules mortes et peut-être pour le temps L’énergie déposée autour du signal devra être utilisée pour effectuer un nettoyage des signaux mal contenus tâche difficile car le bruit est de l’ordre de 40 MeV

Événements déclenchés Événements projectifs Taux de cosmiques Événements déclenchés Événements projectifs Signaux exploitables Taux (Hz) 0.8 Hz 60 mHz 104 mHz # en 3 mois 6M 463k 811k ♪ ces taux ont été trouvés sans considérer le bruit mHz L’analyse des signaux assume ces symétries: Les signaux collectés en haut et en bas sont équivalents Les demi-tonneaux sont pareils (η vs –η) Symétrie en φ Les signaux qui seront exploités dans le plan η-φ définis par: |Δη|≤3 et |Δφ|≤6 (moins sensible en φ car 2 signaux sont additionnés dans cette direction) Esignal>0.97 Ehémisphère N.B. Les signaux en haut et en bas sont mis ensemble 1mHz 800 signaux/9jours  8000 signaux/3mois η=0.8 η=-0.8

Intercalibration en énergie Intercalibration de l’amplitude en η pour les petites énergies (<1GeV) Au niveau des cellules du signal dans l’argon Pas sensible au Pb et à la matière devant le calo En revanche, très sensibles à tout effet relié à une cellule (bref, éviter les moyennages dans un cluster) variations de la capa et de la self Les muons permettront de vérifier au niveau de 0.5% si notre calibration et notre reconstruction du signal corrige bien tous ces biais La position du maximum en fonction de η Si la statistique le permet, des effets plus fins seront analysés L’effet du gradient de température en comparant les signaux du haut à ceux du bas En φ, l’uniformité est assurée par le design même du calorimètre Nous pourrons donc sommer les signaux du même φ L’isotropie de la physique pourra toujours être exploités ultérieurement pour mettre au jour les petites variations en φ

Intercalibration en temps On veut essayer d’échantillonner près du pic pour toutes les cellules Le temps du trigger donné par les tuiles avec une précision de 1ns Les muons seront utilisés pour mettre en temps et vérifier les signaux de physique Avec l’OF, le temps des muons est mesuré dans le middle à σ=5.6ns Avec 100 événements, on obtient une résolution < 1ns sur le temps moyen comparer aux temps des tuiles et intercalibrer ainsi les cellules ou bien par des différences haut-bas indépendantes des tuiles (à voir) connaître le temps des cellules de physiques au niveau de 1ns est suffisant pour le démarrage du LHC  une seule phase chargée sans les DSP

Ce qu’il reste à faire Mettre au point l'algorithme de nettoyage/sélection des muons pour l‘étude d'uniformité (en présence de bruit) pour comprendre projectivité vs biais Utilisation des strips quand le signal est suffisamment grand S/B ~ 4-4.5 pour préciser la projectivité du muon Mise au point d’une méthode robuste au démarrage ne nécessitant pas l’information des tuiles pour déterminer la phase car l’utilisation de l’OF est nécessaire pour avoir un ratio S/B suffisant e.g. phase fixe la moins biaisée, itération en utilisant le temps ou l’amplitude,… (en cours, sur les données de faisceau test) pourrait être appliqué dans les RODs et profiter au monitoring

Conclusions La phase 3 du commissionning est la première nécessitant simultanément tous les éléments détecteur (HT) / électronique / DAQ / Online / Slow control / Monitoring                + software et analyse Il est important de démontrer que tout fonctionne Les muons peuvent permettre de vérifier certaines performances et/ou détecter des problèmes Nécessité de 3 mois de cosmiques Risque d’être délicat changement de fonctionnement, stabilité, parvenir à combiner tous les éléments Avec des taux de déclenchements de l’ordre du Hz et une fréquence d’événements projectifs autour de 50 mHz, une statistique suffisamment importante pourra être accumulée pendant cette période