ATLAS_Andreazza_SIF2008

Il commissioning
dell’esperimento ATLAS
a LHC
A. Andreazza
Università di Milano e I.N.F.N.
a nome della Collaborazione ATLAS
Large Hadron Collider
• Collisore p-p a 14 TeV nel centro di massa
• Luminosità di design 1034 cm-2s-1
• Conferma del modello di Higgs
• e ricerca di estensioni al Modello Standard
• Primi fasci circolati il 10 settembre
ATLAS
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Primo fascio di LHC
• Il 10 settembre ATLAS è stato illuminato dai
primi fasci di LHC.
• È un punto di arrivo per chi da molti anni si sta
dedicando alla costruzione del rivelatore...
• ...ed il punto di partenza per molti anni di ricerca.
• ATLAS è pronto per la fisica ad LHC!
– Stato dei rivelatori
• commissioning con raggi cosmici
– Sistema di DAQ
– Modello di calcolo
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A Thoroidal LHC ApparatuS
CMS and ATLAS are two of a kind
They’re looking for whatever new particles they can find.
The LHC rap
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I magneti superconduttori
– Barrel Toroid
– 2 End-Cap Toroids
– Central Solenoid
–
–
–
–
–
20 m diametro x 25 m lunghezza
12000 m3 volume
20.5 kA a 4.1 T nel toroide
1.6 GJ energia immagazzinata
superconduttore a 4.8 K
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Mappatura del campo
• Solenoide centrale
–
–
–
–
campo 2 T
mappatura + modello analitico
accordo a 0.4 mT
monitoraggio con 4 sonde NMR,
precisione 0.01 mT
• Toroide
– integrale di campo:
• 1.5-5.5 Tm nel barrel
• 1.0-7.5 Tm negli endcap
– monitor con ~1800 sonde Hall
– precisione relativa 5×10-3
Effetto trascurabile rispetto alla sistematica
dell’allineamento nei tracciatori.
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Rivelatore di muoni
H (mH 130 GeV)ZZ*µ+µ- µ+µMC
preliminary
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• Sistema complesso con due
funzionalità.
• Trigger su muoni proveniente dalla
regione di interazione
– Resistive Plate Cambers nel Barrel
– Thin Gap Chambers negli EndCap
• Tracciamento di precisione nel
toroide:
p
 10% pt  10 TeV/c
pt
deve misurare una sagitta di 500 µm
su di una lunghezza di 5 m, con una
precisione di 50 µm
Camere a deriva (MDT) nel Barrel
Camere multifili (CSC) negli EndCap
Allineamento e suo monitoraggio
sono essenziali.
t
–
–
–
–
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Allineamento delle camere a mu
• Deformazioni:
– gravità
– variazioni di temperatura
– condizioni operative
(gas, HV)
• Sistema ottico
– monitoraggio (e correzione
parziale) on-line delle
deformazioni
• Calibrazioni quasi on-line
– determinazione della
relazione tempo-distanza
– allineamento con tracce
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Muon system: commissioning status
• Alcune camere hanno
raccolto dati con campo
toroidale già nel 2006
• Lo stato corrente:
– MDT: completamente
installato, con il sistema
d’allineamento funzionante
>99%
– RPC: solo 1 settore (su 16)
deve completare il collaudo
con cosmici.
– CSC: completamente
installate
– TGC: installate con 0.03%
di canali inefficienti.
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Cosmics
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Calorimetria adronica
SUSY, with LSPs escaping detector
MC
preliminary
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Calorimetria adronica
Tile calorimeter
• Fe+scintillatore
• dimensione radiale 7.4 
• tile raggruppate in modo
da formare torri
× = 0.1 ×0.1
con geometria proiettiva
• 5000 celle
Each module corresponds to
0.1 in phi.
– di cui 43 disabilitate (<1%)
• Risoluzione misurata
(testbeam):
E
E

56.4  0.4%  5.5  0.1%
E [GeV]
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Tile calorimeter
Calibrazione
Presa dati con cosmici
• L’uniformità della risposta è un
requisito essenziale per la misure di
energia e momento mancante.
• Sistema basato su una sorgente
mobile ( 10 mCi di 137Cs):
• cammino attraverso tutte le
436000 tile
• uniformità <3%
• Verifica della calibrazione usando
la perdita di energia con particelle
al minimo.
• Definisce un buon trigger puntante
(utile per gli altri rivelatori)
Cosmics
Muon Energy Loss
Tile Calorimeter
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Calorimetria elettromagnetica
HH
(m(m
120
120
GeV)
GeV)(inclusive)
(2 jet)
HH
preliminary
MC
MC
preliminary
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Calorimetro a Liquid Argon
EndCap
• Calorimetro a campionamento
Pb/LAr
• Struttura a “accordion”:
– non ci sono gap di accettanza
• Segmentazione longitudinale:
– separazione /, misura di leakage
– ||<3.2 (||<1.8 con presampler)
– × = 0.025 ×0.025 (middle layer)
• Da dati di test-beam
– uniformità e non linearità: 0.5%
– risoluzione
E
E

10.0  0.4%  0.4  0.1%
E [GeV]
per 2.4 X0 in fronte al calorimetro.
• Dopo l’installazione in ATLAS:
Barrel
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– 0.02% di canali morti
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Cosmici nel LAr
Run di raggi cosmici
•
•
Cosmics
sensibilità per particelle al minimo
misura di uniformità della
risposta.
Cosmics
Risposta per diverse profondità di cella
Risposta (LandauGauss) per diversi
algoritmi di ricostruzione
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Tracciatore interno
Identificazione di getti con quark b
preliminary
MC
• Misura di momento
• Identificazione di elettroni
• Ricostruzione dei vertici di
interazione
specialmente nel caso di pile-up
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Tracciatore interno
• Rivelatore più vicino alla regione di interazione:
– alta densità di particelle
• 1000 tracce/evento a luminosità nominale
– alta dose di radiazione
– scalano come 1/r2
• Diverse tecnologie:
– ottimizzazione di costi e pattern recognition
– diversa struttura dei servizi
(TRT a temperatura ambiente, silici a ~0).
Rivelatore
Tecnologia
Risoluzione [µm]
Passo
Rmin-Rmax
[mm]
Fluence
[neq/cm2]
R
Z
R
Z
4 mm
-
130
-
~40
80 µm
20 mrad
stereo
17
580
4
50 µm
400 µm
~10
~120
3
Transition
Radiation
Tracker (TRT)
Tubi a
streamer
560-1100
5×1013
Semicondutor
Tracker (SCT)
Strip di
silicio
280-520
2×1014
Pixel Detector
Pixel di
silicio
50-125
8×1014
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Punti
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Inner Detector: stato installazione
• Completamente installato in
caverna: ultimo componente:
rivelatore a pixel il 29 giugno 2007
• Da allora 10 mesi per il cablaggio e
la connessione dei servizi.
– Run di cosmici intermedi
• Il 1 maggio serio danneggiamento ai
compressori del sistema di cooling
evaporativo di Pixel ed SCT.
Cosmics
– Commissioning completato in
queste settimane
• Numero di canali non funzionanti:
– TRT: <2%
– silicio: 0.3-0.5%
– missing cooling in part of endcap:
~2% SCT, 10% pixel
riparabili inverno 2008/2009
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Cosmici nei pixel!
Pixel ed SCT
hanno
(ri)cominciato a
raccogliere dati
con cosmici
il 14 settembre.
•
Cosmics
Maggiori dettagli
nella presentazione
di Lidia dell’Asta
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Misura di luminosità
Lucid
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FIRST LUCID HITS ON Sept. 10th !
LV1C
LUCID With BEAM 2
MBTS
Lucid With BEAM 1
Trigger / DAQ architecture
CERN
computer
centre
Data
storage
Event rate
~ 200 Hz
SDX1
6
Local
Storage
SubFarm
Outputs
(SFOs)
DataFlow
Manager
dual-CPU nodes
~1600
~100
Event
Builder
Event
Filter
(EF)
SubFarm
Inputs
~ 500
(SFIs)
RoI
Builder
stores
LVL2
output
Gigabit Ethernet
Event data requests
Delete commands
Requested event data
Regions Of Interest
Event data
pulled:
partial events
@ ≤ 100 kHz,
full events
@ ~ 3 kHz
SDX1
pROS
Network
switches
Network switches
LVL2
Supervisor
Secondlevel
trigger
LVL2
farm
USA15
~150
PCs
Read-Out
Subsystems
(ROSs)
USA15
Data of events accepted
1600 by first-level trigger
ReadVME Dedicated links
Out
Links Read-
Timing Trigger Control (TTC)
Out
Drivers
(RODs)
Firstlevel
trigger
Event data pushed @ ≤ 100 kHz,
1600 fragments of ~ 1 kByte each
UX15
Collision rate
40 MHz
Data Quality e Calibration Model
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Data quality
• DQ monitoring:
– I risultati del primo processamento sono disponibili sul web dopo ~1h
dall’inizio della presa dati.
Probabilità di hit nel silicio
Cosmics
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Residui/errore muon fit in MDT
Cosmics
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[mm]
Muon pairs
Massa della Z ricostruita in µ+µ-
SCT R
[mm]
Pixel R
[mm]
• Il primo allineamento tra i
sottorivelatori a silicio pochi
giorni dopo i primi dati con
cosmici!
• Simulazione del processo di
calibrazione delle camere a
muoni
[mm]
Calibrazioni
Pixel 
SCT 
MC
Dopo la calibrazione
Prima della calibrazione
Cosmics
Gev
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Il Computing Model: i Tier
Tier-0 (CERN)
~PB/s
Event Builder
10 GB/s
• Archivio dei RAW data e distribuzione ai Tier1
• Prompt Reconstruction dei dati in 48 ore
• 1st pass calibration in 24 ore
• Distribuzione output ricostruzione ai Tier-1: ESD, AOD (Analysis Object
Data) e TAG
Event Filter
Tier-1 (10)
320 MB/s
• Accesso a lungo termine e archivio di un subset di RAW data
• Copia dei RAW data di un altro Tier-1
• Reprocessing della ricostruzione dei propri RAW data con parametri di
Tier0
Tier1
~ 150 MB/s
Tier2 ~50 Mb/s
~34/Tier1
calibrazioni e allineamenti finali 2 mesi dopo la presa dati
~10 • Distribuzione AOD ai Tier-2
• Archivio dati MC prodotti nei Tier-2
• Analisi dei gruppi di fisica e creazione DPD (Derived Physycs Data)
Tier-2
Tier3
• Simulazione Monte Carlo
• Analisi utenti
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Commissioning del modello di analisi
– dati simulati in input al Tier-0 con
rate e composizione equivalente a
run a 1032 cm-2s-1
– ricostruzione di express stream
– calibrazione e validazione in 24h
– ricostruzione degli stream di fisica e
distributione dei dati
– analisi nei Tier-2
• Prima iterazione a giugno 2008:
– dati disponibili ed analizzati entro
48h
– input per ottimizzare la catena di
calibrazione
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MC-FDR
Gev
Massa della Z ricostruita in e+eElectron pairs
• Full Dress Rehearsal:
simulazione delle completa catena di
produzione dei dati per la fisica:
Numero di eventi
ETMISS
MC-FDR
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Conclusioni e prospettive
• ATLAS è operativo!
– Rivelatore completamente installato in caverna
(eccetto alcune componenti già previste per l’inserzione nello
shutdown 2008/2009)
– Tutte le componenti hanno già preso dati con cosmici o con i primi
fasci
– La catena di trasferimento dei dati ed analisi distribuita è stata testata
con successo.
• L’appuntamento con le prime collisioni è stato rinviato:
– CERN press release del 20 settembre (Incident in LHC sector 34):
“...but it is already clear that the sector will have to be warmed up for repairs to take
place. This implies a minimum of two months down time for LHC operation”
– il 2008 servirà per finire di caratterizzare il rivelatore con cosmici e
mettere a punto gli strumenti per l’analisi ed il reprocessing dei dati.
• Pronti per looking for whatever new particles we can find
nei primi run a 7+7 TeV nel 2009.
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Backup slide
• Tubi Cherenkov:
radiatore gassoso C4F10: soglia per pioni a 2.8 GeV/c;
puntante verso la regione di interazione.
• Scattering inelastico p-p nella regione in avanti (5.61<<5.93 ):
– misura online della luminosità relativa e delle condizioni del fascio
– misura assoluta richiede una calibrazione rispetto ai parametri della macchina o con
processi di modello standard (Z, W, Drell-Yan), precisione 20-30%
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H analyses
H (mH 120 GeV) (1 jet)
preliminary
H (mH 120 GeV) (lepton)
preliminary
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H (mH 120 GeV) (2 jet)
preliminary
H (mH 120 GeV) (ETmiss)
preliminary
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• Total
• Only Accordion
• Only Front
• Only Leakage
15/01/08
D.Banfi - ATLAS Milano
34
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Event Data Model: tipi di dati
Nelle varie fasi di ricostruzione e analisi ATLAS utilizza diversi formati di dati:
1.6 MB
target
500 KB
attualmente
750/900 kB
target
100 kB
attualmente
250/290 kB
10% di AOD
RAW
Raw Data: dati in output dal sistema di trigger in formato
byte-stream
ESD
Event Summary Data: output della ricostruzione (tracce e
hit, celle e cluster nei calorimetri, combined reconstruction
objects etc...).
Per calibrazione, allineamento, refitting …
AOD
Analysis Object Data: rappresentazione ridotta degli eventi
per l’analisi: oggetti “fisici” ricostruiti (elettroni, muoni, jet,
missing Et ...)
Derived Physics Data: informazioni ridotte per analisi
specifiche in ROOT.
DPD
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Il Computing Model: distribuzione dei dati
~PB/s
Event Builder
10 GB/s
Event Filter
320 MB/s
Tier0
Tier1
Tier2
Tier3
37
Final Dress Rehearsal
Tutte le analisi studiano preliminarmente la ricostruzione di Z
Di-
invariant mass
Di-electron
invariant mass
Di-electron
invariant mass
38
eventi calibrati
eventi scalibrati