il commissioning dell’esperimento atlas a lhc
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Il commissioning dell’esperimento ATLAS
a LHC
A. AndreazzaUniversità di Milano e I.N.F.N.
a nome della Collaborazione ATLAS
Large Hadron Collider
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC 2
ATLAS
• 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
Primo fascio di LHC
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC 3
• 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
A Thoroidal LHC ApparatuS
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC 4
CMS and ATLAS are two of a kindThey’re looking for whatever new particles they can find.
The LHC rap
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
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
5A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC
Mappatura del campo
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
6A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC
• 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.
Rivelatore di muoni
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC 7
preliminary
H (mH 130 GeV)ZZ*µ+µ- µ+µ-
MC
• 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:
– 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.
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC 8
TeV/c 10%10 tt
p pp
t
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
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
9A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC
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.
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
10A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC
Cosmics
Calorimetria adronica
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A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC 11
SUSY, with LSPs escaping detector
preliminary
MC
Calorimetria adronica
Tile calorimeter• Fe+scintillatore• dimensione radiale 7.4 • tile raggruppate in modo
da formare torri× = 0.1 ×0.1con geometria proiettiva
• 5000 celle– di cui 43 disabilitate (<1%)
• Risoluzione misurata (testbeam):
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC 12
Each module corresponds to 0.1 in phi.
%1.05.5[GeV]
%4.056.4
EEE
Presa dati con cosmici• Verifica della calibrazione usando
la perdita di energia con particelle al minimo.
• Definisce un buon trigger puntante (utile per gli altri rivelatori)
Tile calorimeter
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A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC 13
Muon Energy Loss Tile Calorimeter
Calibrazione• 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%
Cosmics
Calorimetria elettromagnetica
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H (mH 120 GeV) (inclusive)preliminary MC
H (mH 120 GeV) (2 jet)
preliminaryMC
Calorimetro a Liquid Argon• 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
per 2.4 X0 in fronte al calorimetro.
• Dopo l’installazione in ATLAS:– 0.02% di canali morti
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC 15
Barrel
EndCap
particles
%1.04.0[GeV]
%4.010.0
EEE
Cosmici nel LAr
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A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC 16
Run di raggi cosmici• sensibilità per particelle al minimo• misura di uniformità della
risposta.
Risposta (LandauGauss) per diversi algoritmi di ricostruzione
Risposta per diverse profondità di cella
Cosmics
Cosmics
• Misura di momento• Identificazione di elettroni• Ricostruzione dei vertici di
interazionespecialmente nel caso di pile-up
Tracciatore interno
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A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC 17
preliminary
Identificazione di getti con quark b
MC
Tracciatore interno
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
18A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC
Rivelatore TecnologiaRmin-Rmax
[mm]Fluence[neq/cm2]
Passo Risoluzione [µm]Punti
R Z R Z
Transition Radiation
Tracker (TRT)
Tubi a streamer 560-1100 5×1013 4 mm - 130 - ~40
Semicondutor Tracker (SCT)
Strip di silicio 280-520 2×1014 80 µm 20 mrad
stereo 17 580 4
Pixel Detector Pixel di silicio 50-125 8×1014 50 µm 400 µm ~10 ~120 3
• 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).
Inner Detector: stato installazione
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
19A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC
• 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.
– 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% pixelriparabili inverno 2008/2009
Cosmics
Cosmici nei pixel!
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
20A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC
Pixel ed SCT hanno (ri)cominciato a raccogliere dati con cosmici il 14 settembre.
•Maggiori dettagli nella presentazione di Lidia dell’Asta
Cosmics
Misura di luminosità
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC 21
Lucid
FIRST LUCID HITS ON Sept. 10th !
Lucid With BEAM 1
LUCID With BEAM 2MBTS
LV1C
Trigger / DAQ architecture
USA15
SDX1
Gig
abit
Ethe
rnet
Even
t dat
a re
ques
tsD
elet
e co
mm
ands
Requ
este
d ev
ent d
ata
Reg
ions
Of I
nter
est
LVL2Super-visor
Network switches
Second-leveltrigger
pROS
~ 500
stores LVL2output
LVL2 farm
UX15
Read-Out
Drivers(RODs) First-
leveltrigger
Dedicated linksVME
Data of events acceptedby first-level trigger
Read-OutSubsystems
(ROSs)
USA15 1600Read-OutLinks
RoIBuilder
~150PCs
Event data pushed @ ≤ 100 kHz, 1600 fragments of ~ 1 kByte each
Timing Trigger Control (TTC)
DataFlowManager
EventFilter(EF)
~1600
Network switches
Event data pulled:partial events @ ≤ 100 kHz, full events @ ~ 3 kHz
SDX1 dual-CPU nodesCERN computer centre
Event rate ~ 200 Hz
Data storage
6Local
StorageSubFarmOutputs
(SFOs)
~100 Event
BuilderSubFarm
Inputs
(SFIs)
Collision rate40 MHz
Data Quality e Calibration Model
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
24A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC
Data quality
• DQ monitoring:– I risultati del primo processamento sono disponibili sul web dopo ~1h
dall’inizio della presa dati.
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
25A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC
Probabilità di hit nel silicio Residui/errore muon fit in MDT
CosmicsCosmics
Calibrazioni
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26A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC
Pixel R Pixel
SCT R SCT
[mm
]
[mm
]
[mm
]
[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
Massa della Z ricostruita in µ+µ-
Gev
Muo
n pa
irs
Dopo la calibrazionePrima della calibrazione
Cosmics
MC
Il Computing Model: i Tier
27
~ 150 MB/s
~50 Mb/s
~3-4/~3-4/Tier1Tier1
Event Builder
Event Filter
Tier3
10 GB/s
320 MB/s
~PB/s
Tier2
Tier0
Tier1
Tier-0 (CERN)• 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
~10~10
Tier-1 (10)• 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
calibrazioni e allineamenti finali 2 mesi dopo la presa dati • 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 • Simulazione Monte Carlo • Analisi utenti
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A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC
Commissioning del modello di analisi
• Full Dress Rehearsal:simulazione delle completa catena di produzione dei dati per la fisica:– 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
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
28A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC
ETMISS
Massa della Z ricostruita in e+e-
Elec
tron
pai
rsN
umer
o di
eve
nti
Gev
MC-FDR
MC-FDR
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.
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC 29
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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31A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
32A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC
H analyses
XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008
33A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC
H (mH 120 GeV) (1 jet)
H (mH 120 GeV) (lepton) H (mH 120 GeV) (ETmiss)
preliminary
preliminary
H (mH 120 GeV) (2 jet)
preliminary
preliminary
• Total• Only Accordion• Only Front• Only Leakage
15/01/08 D.Banfi - ATLAS Milano 34
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Event Data Model: tipi di datiEvent Data Model: tipi di dati
Nelle varie fasi di ricostruzione e analisi ATLAS utilizza diversi formati di dati:Nelle varie fasi di ricostruzione e analisi ATLAS utilizza diversi formati di dati:
1.6 MB
target 100 kB attualmente 250/290 kB
RAWRAW
ESDESD
AODAOD
DPDDPD 10% di AOD
target 500 KB attualmente 750/900 kB
Raw DataRaw Data: dati in output dal sistema di trigger in formato dati in output dal sistema di trigger in formato byte-streambyte-stream
Event Summary DataEvent Summary Data: output della ricostruzione (output della ricostruzione (tracce e tracce e hit, celle e cluster nei calorimetri, combined reconstruction hit, celle e cluster nei calorimetri, combined reconstruction objects etc...).objects etc...).Per calibrazione, allineamento, refitting …Per calibrazione, allineamento, refitting …
Analysis Object DataAnalysis Object Data: rappresentazione ridotta degli eventi rappresentazione ridotta degli eventi per l’analisi: oggetti “fisici” ricostruiti (elettroni, muoni, jet, per l’analisi: oggetti “fisici” ricostruiti (elettroni, muoni, jet, missing Et ...)missing Et ...)
Derived Physics DataDerived Physics Data: informazioni ridotte per analisi informazioni ridotte per analisi specifiche in ROOT.specifiche in ROOT.
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Il Computing Model: distribuzione dei dati Il Computing Model: distribuzione dei dati
Event Builder
Event Filter
Tier3
10 GB/s
320 MB/s
~PB/s
Tier2
Tier0
Tier1
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Tutte le analisi studiano preliminarmente la ricostruzione di ZTutte le analisi studiano preliminarmente la ricostruzione di Z
Di-electron invariant mass
Di-electron invariant mass
Di- invariant mass
Final Dress Rehearsal Final Dress Rehearsal
eventi calibratieventi scalibrati
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