CONSUNTIVO SCIENTIFICO gruppi COMPASS/Torino e COMPASS

CONSUNTIVO SCIENTIFICO gruppi COMPASS/Torino e COMPASS/Trieste
SOMMARIO
L'anno 2002 è stato il primo anno di presa dati di fisica per l'esperimento COMPASS.
Durante il run (27 maggio - 18 settembre) sono stati raccolti 260 TB di dati con fascio di
muoni e bersaglio polarizzato sia longitudinalmente che trasversalmente. I rivelatori
previsti sono stati installati in tempo ed hanno funzionato tutti in modo soddisfacente. Lo
stesso si può dire per il sistema di trigger, DAQ e CDR.
La prima produzione di DST è iniziata solo verso la fine del run, dando segnali
estremamente incoraggianti. Primi risultati di fisica sono stati ottenuti entro la fine
dell'anno (produzione di , trasversità).
Dal 18 al 20 febbraio 2002 si è tenuto all'ICTP di Trieste un International Workshop on
Hadron Structure and Hadron Spectroscopy, dedicato alle potenzialità di fisica di
COMPASS, e il 26 e 27 settembre 2002 è stato organizzato al CERN, e in collaborazione
con il CERN, il workshop "Future Physics @ COMPASS".
Per quanto riguarda i progetti sui quali sono coinvolti i gruppi italiani, lo stato generale
è soddisfacente. Riassumendo:
RICH1: sistema molto complesso, grazie a una gran mole di lavoro è stato messo in
condizioni di funzionare, ed inserito nell'acquisizione durante il run. Dai primi dati
analizzati, si sono ottenuti buoni risultati per quanto riguarda l'efficienza dei rivelatori
funzionanti e la ricostruzione degli anelli.
MWPC: sono stati effettuati vari interventi, ed è anche stata installata una nuova
camera. Tutti i rivelatori hanno funzionato molto bene fin dall'inizio del run.
MUON WALL 1: è stata installata l'elettronica; il rivelatore ha funzionato bene durante
il run.
CAMERE a DERIVA: il lavoro di messa in funzione delle due camere previste è stato
impegnativo, ma alla fine le camere hanno funzionato in maniera soddisfacente durante il
run.
RICHWALL: è stato scritto il proposal per la costruzione del rivelatore RichWall.
RICH2: si sono definite le linee di indagine per le guide di fotoni e si sono definiti i
parametri di base del sistema di rivelazione di fotoni Cherenkov.
OFF-LINE e ANALISI: le attività dei gruppi di Torino e Trieste si sono concentrate su:
CORAL, DBMS, allineamento dei rivelatori di tracking, software per il RICH1, analisi
dei dati e simulazioni, farm locali.
SITUAZIONE GENERALE
Dal 18 al 20 febbraio 2002 si è tenuto all'ICTP di Trieste un International Workshop
on Hadron Structure and Hadron Spectroscopy, dedicato alle potenzialità di fisica di
COMPASS. Il workshop ha preceduto la riunione annuale della Collaborazione "outide
CERN".
L'anno 2002 per l'esperimento COMPASS è stato il primo anno di presa dati di fisica.
Il run è iniziato il 27 maggio ed è terminato il 18 settembre. Tutti i rivelatori previsti
per il run sono stati installati e fatti funzionare regolarmente: va ricordato che, anche se in
configurazione limitata, è stato possibile estendere il campo di misura a valori di Q**2
fino a ~50 GeV**2. Il sistema di acquisizione dati ed il CDR hanno funzionato in
maniera soddisfacente. In circa 100 giorni di presa dati sono stati raccolti ~5000 M di
eventi utili, per un totale di 260 TByte, la cui analisi è tuttora in corso. Run coordinator
per il 2002 è stato un ricercatore di Trieste, Fulvio Tessarotto.
Durante il 2002 si è anche intensificato il lavoro di preparazione per la "fase 2"
dell'esperimento e, in questo contesto, è stato organizzato il workshop "Future Physics @
COMPASS" che si è svolto al CERN il 26 e 27 settembre. In particolare, ricercatori di
Trieste e Torino hanno presentato rispettivamente lo stato dello spettrometro COMPASS
e lo studio della polarizzabilità dei pioni e kaoni mediante reazione Primakov. È stato
pure studiato un sistema di tracciamento di grandi dimensioni da posizionare dopo il
RICH1 (Torino) ed è proseguito il progetto RICH2 (Trieste e Torino).
ATTIVITÀ SPECIFICHE
RICH1
Nella prima parte dell’anno (gennaio-maggio) sono stati realizzati e posti in opera
svariati complementi e miglioramenti dello strumento:
 il sistema di raffreddamento dell’elettronica di front-end. Il sistema è basato su piastre
di rame raffreddate ad acqua; ciò ha permesso di stabilizzare la temperatura dei
fotorivelatori stessi entro un grado.
 il miglioramento del sistema di connessioni di massa dell’elettronica di front-end.
Allo scopo, le piastre di rame poste in opera per il raffreddamento sono state
opportunamente collegate alle schede di front-end ed alle cornici metalliche dei
fotorivelatori: questo ha permesso di dimezzare il livello medio di rumore degli
80000 canali analogici di lettura del RICH1 che è ora di ~1100 elettroni equivalenti, e
di rendere molto più omogeneo il livello di rumore dei vari canali.
 la realizzazione e posa in opera del sistema di circolazione veloce del gas radiatore
per garantire l'omogeneità di temperatura e composizione (frazione di azoto residuo
presente) del mezzo radiatore. In particolare, una rete di sonde di temperatura
immerse nel volume del gas radiatore, che sono state messe in operazione durante la
primavera, ha permesso di verificare che l'omogeneità in temperatura è entro 0.2 gradi
(corrispondenti alla risoluzione delle sonde).
 l’analisi dei problemi dei sei (su un totale di otto) fotorivelatori, MWPC con
fotocatodo a ioduro di cesio, che presentavano instabilità elettriche a tensione di
lavoro. Questo studio ha portato a concludere che le instabilità sono legate ai difetti
locali dei fili anodici.
 la messa a punto dei fotorivelatori difettosi. È stato stabilito un protocollo per
l'identificazione dei fili anodici difettosi: per i piani di fili anodici di quattro
fotorivelatori si è provveduto alla sostituzione di una parte dei fili, per due
fotorivelatori la totalità dei fili è stata sostituita. Tre dei fotorivelatori su cui si è
intervenuti hanno raggiunto un buon livello di funzionamento; gli altri tre richiedono
ulteriori interventi, iniziati già nel novembre del 2002.
A queste attività si aggiungono quelle di preparazione del periodo di presa dati:
 la "pulizia" (filtraggio iterativo con assorbimento delle impurità opache nel lontano
UV) di ~1.5 t di gas radiatore (C4F10);
 il test delle schede elettroniche di front-end con intelligenza locale: circa il 5% delle
schede hanno mostrato un comportamento non soddisfacente e sono state riparate;
 la verifica dell’allineamento angolare dei 116 specchi che compongono la parete
riflettente nell’UV del RICH1; una seconda campagna di verifica nell’autunno, alla
fine del periodo di presa data, ha permesso di accertare che la posizione degli specchi
è rimasta stabile durante il run;
 la messa a punto di nuove versioni del software "on board" delle schede elettroniche
BORA e più precisamente, della programmazione dell’unità FPGA per diminuire il
tasso di errori nella lettura dell’informazione, ridotto a valori trascurabili.
Durante il run (inizio giugno - metà settembre) il rivelatore ha richiesto assistenza
costante per:
 la verifica del funzionamento dell’elettronica di lettura;
 la calibrazione dei piedistalli dell’elettronica di lettura e l'aggiornamento degli stessi;
 il monitoraggio della trasparenza del gas e della composizione del gas radiatore (tasso
di azoto).
RICH2
Si sono definite le linee di indagine per le guide di fotoni nel visibile e nell'UV
prossimo:
i. lenti di quarzo
ii. matrici di elementi riflettenti
e la geometria preliminare dei componenti di tali guide. Si è studiato il mercato dei
fotorivelatori a vuoto commerciali a multicanale e si sono definiti i parametri di base del
sistema di rivelazione di fotoni Cherenkov.
È stato fatto un progetto di massima per l'elettronica di lettura nello standard COMPASS.
MWPC
Sono stati prodotti e testati 10 nuovi tripletti di elettronica di front-end e riparati i
tripletti che si erano rotti nel corso del run 2001.
È stata installata una nuova MWPC di tipo A nella zona delle camere W45, completa
di alta e bassa tensione e gas. Questa nuova stazione è stata totalmente testata in cleanroom prima dell'installazione sul fascio. Questo ha richiesto la messa in funzione del
sistema di test utilizzato l'anno precedente in clean room.
La manutenzione ordinaria pre-run ha comportato un lavoro di circa due mesixuomo
nel corso dei quali sono stati serrati tutti i collegamenti di bassa tensione delle schede di
front-end che avevano generato qualche problema di affidabilità nel 2001.
È stato migliorato il collegamento a massa delle prime ed ultime schede di front-end di
ogni piano per il 50% delle camere. Questo lavoro ha permesso di annullare il rumore
residuo, già basso, di questi piani.
È stato reso totalmente operazionale il sistema di calibrazione dell'elettronica di frontend e le soglie di tutti i 24000 canali sono state equalizzate.
MUON WALL 1
Sono stati costruiti, testati ed installati 9600 canali di lettura. Il rivelatore ha funzionato
bene durante il run.
RICHWALL
È stato effettuato lo studio del RichWall, un sistema tracciante di grandi dimensioni,
posizionato dopo la finestra d'uscita del RICH1.
CAMERE a DERIVA
Con l'aiuto di tre fisici di Dubna sono state messe in funzione due delle 6 camere a
deriva di grandi dimensioni (5.3x2.6 m2, denominate W45) già utilizzate nell'esperimento
SMC. È stato fatto il progetto della nuova elettronica di lettura, standard COMPASS,
basata sul chip MAD4 e la scheda F1-TDC sviluppata da Saclay: oltre alla scheda
analogica, è stato necessario progettare anche una scheda di interfaccia, per il controllo
dei livelli dei chip MAD4.
I prototipi sono stati testati prima su di un prototipo di camera a deriva in scala minore
(riproduceva 4 celle della camera reale), poi su una delle camere W45. Validata
l'elettronica (il livello del rumore è risultato inferiore a 2 fC), sono state montate e testate
le schede per due camere (un totale di 8 piani di lettura), in quanto due era il numero
massimo di camere che si riusciva ad allestire per il run e le altre camere risultavano
prive di motherboard, per cui qualche modifica alla scheda di front-end appariva
probabile.
Il lavoro di messa in funzione delle camere è risultato più impegnativo del previsto a
causa delle pessime condizioni delle motherboard e della difficoltà di controllare la
corrente di fuga. Rimedi ad-hoc sono stati escogitati per raggiungere condizioni di
funzionamento accettabili.
L'elettronica è stata progettata, realizzata, e testata a Trieste. Nella fase progettuale, si è
beneficiato della collaborazione con Torino, e dell'esperienza maturata da Torino con il
MAD4.
Il commissioning sulle camere è stato effettuato usando i tool di test sviluppati da
Torino per i test delle MWPC, ed è stato fatto in collaborazione con Torino. Pure
l'integrazione del read-out nel DAQ di COMPASS è stata fatta in collaborazione con
Torino.
Le camere hanno funzionato in maniera soddisfacente durante il run. Il lavoro per le
camere rimanenti continua nel 2003.
Il lavoro di coordinamento dei tecnologi di Dubna, del sistema di test e
dell'integrazione del read-out in COMPASS ha richiesto la presenza al CERN anche di
fisici di Torino.
OFF LINE e ANALISI
Quest’attività si è focalizzata essenzialmente sui seguenti punti:
1. Finalizzazione e mantenimento di CORAL, il programma di ricostruzione e analisi
di COMPASS, e partecipazione ai test di verifica di funzionalità del DBMS Oracle
(Trieste).
2. Miglioramento dei tools per l'allineamento dei rivelatori di tracking (Torino).
3. Ottimizzazione del software di ricostruzione del RICH1 (Trieste).
4. Analisi preliminare dei dati raccolti nel 2002 con polarizzazione trasversa (Torino e
Trieste) e simulazioni varie di MonteCarlo.
5. Installazione dei nuovi componenti e mantenimento in servizio delle computing
farm locali (Torino e Trieste).
1. CORAL e DBMS
Nel 2002 il lavoro su CORAL si è sviluppato su due direttrici: ulteriore debugging del
core del programma, e revisione ed implementazione del contenuto degli oggetti associati
all'evento ricostruito, da salvare in modo persistente.
CORAL è stato per la prima volta usato in produzione nel 2001, per ricostruire i dati
raccolti durante il run di commissioning. Nel 2002 il programma è stato usato in
produzione per la pre-produzione dei DST di circa il 50% dei dati raccolti. È emerso che
parti specifiche del programma di ricostruzione sulle quali i gruppi italiani non hanno al
momento responsabilità (come la ricostruzione delle tracce o l'identificazione dei muoni
diffusi) devono ancora essere ottimizzati.
Per quanto riguarda il sistema off-line nel suo complesso, l'unico punto ancora da
verificare è la quasi-on-line production, anche perché, a causa della complessità ed
eterogeneità dei rivelatori, a tutt'oggi non siamo in grado di avere procedure
completamente automatiche di calibrazione ed allineamento.
Un problema aggiuntivo, dovuto a scelte centrali del CERN, è stata la necessità di
sostituire l’ODMDS Objectivity/DB (con cui gestivamo l'archiviazione delle condizioni e
dei dati raccolti e ricostruiti) con il DBMS Oracle. Il lavoro di modifica a CORAL (per il
quale c'è stato anche un supporto di personale della divisione IT del CERN) è stato
ultimato in tempi relativamente brevi grazie al buon design del software stesso che fin
dall'inizio prevedeva l'accesso ai data-base via opportuni insulation layer ed al fatto che
tutta la processatura avviene su oggetti transienti, mentre la conversione da e verso gli
oggetti persistenti (disegnati ad-hoc, seguendo criteri di massima semplificazione e
compressione dell'informazione) avviene solo alla fine della processatura stessa.
Il gruppo di Torino si è occupato dell'implementazione e del debugging delle classi di
accesso nel nuovo formato (insulation layer) e dei test tecnici preliminari, mentre il
gruppo di Trieste, una volta che una consistente quantità di dati si è resa disponibile nel
nuovo DB, ha provveduto, a dicembre, ad approntare una serie di test sull'efficienza di
Oracle nel contesto off-line di COMPASS: alcuni dati sono già disponibili e ulteriori
approfondimenti sono in corso.
2. Allineamento dei rivelatori di tracking
Il codice per l'allineamento di tutti i rivelatori di tracciamento è stato affinato ed utilizzato
per tutto il run 2002. Tenendo conto della responsabilità del gruppo di Torino nel
tracking e nell'allineamento dei rivelatori, il gruppo ha partecipato alla
presa dati tenendo al CERN on-call almeno un esperto in grado di intervenire oltre che i
fisici per i turni.
3. Software per il RICH1
Nella prima parte dell'anno, la messa a punto del codice di analisi RICHONE, scritto in
C++ ed inserito in CORAL, è avvenuta utilizzando i dati raccolti nel run tecnico del
2001. È stato così possibile, già all'inizio del run 2002, avere informazioni sui dati e sul
funzionamento del rivelatore: attualmente, la risoluzione nella misura dell’angolo
Cherenkov per singolo fotone è ~1.1 mrad, il numero medio di fotoni per anello è di circa
14 per particelle ultrarelativistiche.
Sono state messe a punto procedure semiautomatiche per la calibrazione del rivelatore sui
dati; in particolare per la determinazione dell’indice di rifrazione. Procedure di
allineamento fine, che possano tener conto del differente allineamento relativo dei singoli
elementi della parete specchi, sono in corso di realizzazione.
4. Analisi e simulazioni
Con la fine del run 2002, quando la COMPASS Computing Farm del CERN non era più
tanto pesantemente usata per il CDR, ed era già stato fatto uno studio preliminare delle
prestazioni dei rivelatori, è iniziata la pre-produzione dei DST dei dati raccolti nel 2002.
In particolare Torino e Trieste hanno effettuato la produzione dei DST relativi ai 2/3 dei
dati raccolti con polarizzazione trasversa del bersaglio, circa 50 TB di dati raw. Per
problemi tecnici di vario tipo, questo lavoro è durato più di un mese. L'analisi di questi
dati è quindi iniziata a Torino (per quanto riguarda la produzione delle Lambda) e a
Trieste (produzione di pioni), dove in particolare il trasferimento dei DST via rete si è
dimostrato estremamente lungo a causa della limitata banda garantita concessa alla
Sezione nonostante i DST prodotti avessero una dimensione di circa 1.5 TB.
Le analisi hanno comportato la scrittura dei codici dedicati. I risultati, raccolti in 3 tesi di
dottorato, pur essendo molto preliminari, si sono rivelati utilissimi per stimare la statistica
necessaria alle misure ed evidenziare i problemi ancora esistenti nel
software attuale.
In parallelo al lavoro di analisi dei dati, sono state eseguite diverse simulazioni
utilizzando le farm locali. In particolare a Trieste, oltre a simulazioni di test, sono state
eseguite delle simulazioni per un primo studio di alcuni effetti sistematici nella misure
dell'angolo di Collins, e produzioni più massicce (circa 106 eventi) per lo studio
dell'accettanza dell'apparato in preparazione del run 2003. A Torino, sono state fatte delle
simulazioni per valutare gli effetti sistematici per la produzione di  e anti-, e per lo
studio della polarizzabilità dei pioni e kaoni mediante reazione Primakov.
5. Farm Locali
Torino - L'installazione della farm di COMPASS presso il centro di calcolo di Torino
composta da 29 clienTrieste, un server, switch gigabit e KVM ha comportato un paio di
mesi di lavoro includendo anche l'installazione di vari tools per lo distribuzione dei jobs,
il monitoraggio e sicurezze.
La farm è stata quindi utilizzata a tempo pieno per la simulazione e l'analisi dei dati con
polarizzazione trasversa della targhetta.
Trieste - Nel corso del 2002 la computing farm è stata completata e messa in produzione.
La farm attualmente mette a disposizione tutto il software ed i tool per le attività di
analisi e produzione per COMPASS, ed è utilizzata in modo estremamente soddisfacente
per l'analisi dei dati raccolti nel 2002, per la produzione di eventi simulati, e per lo studio
delle prestazioni del RICH1.
È stato sviluppato un tool che, sfruttando il sistema batch installato (SGE), consente di
ridurre considerevolmente i tempi di produzione MonteCarlo e di analisi dei dati
attraverso la sottomissione di job paralleli a partire da un unico file di configurazione,
con la possibilità di ottenere un unico output.
Alla fine dell'anno è iniziata una fase di studio per l'installazione locale di Castor, un
HSM sviluppato per il central data recording del CERN, che permetterebbe di avere una
gestione gerarchica dello storage consentendo l'utilizzo della Tape Library della farm
anche per questa funzione.
MILESTONES
Data
Descrizione
1/5/2002
Rimessa in funzione MWPC
15/4/2002
Data prevista (preliminare) per l'inizio del run
all'SPS
A causa dei problemi finanziari del CERN
e delle conseguenti restrizioni, non previste a
luglio 2001, l'inizio del run è stato ritardato.
Al 27/5/2002, livello di raggiungimento
15/5/2002
1/5/2002
15/5/2002
31/10/2002
livello di
raggiungimento
alla data prevista
100%
-
100%
Inizio presa dati 2002
Livello di raggiungimento al 1/7/2002 (1 mese dopo
l'iniziodel run):
100%
Rimessa in funzione del RICH1: camere a fotoni,
elettronica, sistemi gas, verifica allineamento specchi
Al 30/6/2002, livello di raggiungimento
90%
100%
Contributo al miglioramento del sistema di tracking
dello spettrometro: costruzione, test e installazione
della elettronica per 8 piani di W45
Al 30/6/2002, livello di raggiungimento
90%
100%
300TB di dati raccolti con bersaglio polarizzato e
fascio di muoni per misurare le funzioni di struttura
di spin del nucleone (260TB)
100%