Evaluierung Institut für Hochenergiephysik Wien, 5. Feb. 2002 Claudia-Elisabeth Wulz Projekt CMS-Trigger.

Präsentation zum Thema: "Evaluierung Institut für Hochenergiephysik Wien, 5. Feb. 2002 Claudia-Elisabeth Wulz Projekt CMS-Trigger."—  Präsentation transkript:

1 Evaluierung Institut für Hochenergiephysik Wien, 5. Feb. 2002 Claudia-Elisabeth Wulz Projekt CMS-Trigger

2 Physikalische Zielsetzungen von CMS Standardmodell-Physik QCD, elektroschwache Theorie (Higgs, W, Z, Top, Jets, …)Supersymmetrie SUSY-Higgsbosonen, andere supersymmetrische Teilchen,... Andere Erweiterungen des Standardmodells Compositeness, Technicolor, Leptoquarks, neue schwere Vektorbosonen,...B-Physik CP-Verletzung, B 0 -B 0 Oszillationen, seltene B-Zerfälle,...Schwerionenphysik Quark-Gluon-Plasma Physik bei kleinen Winkeln total, elastische Streuung, Diffraktion Neue Phänomene

3 CMS-Detektor

4 Wirkungsquerschnitte Wirkungsquerschnitte für verschiedene Prozesse variieren über viele Größenordnungen inelastisch: 10 9 Hz W lv: 100 Hz tt: 10 Hz Higgs (100 GeV): 0,1 Hz Higgs (600 GeV): 0,01 Hz Erforderliche Selektivität 1 : 10 10 - 11 -

5 Trigger Levels in CMS Level-1 Trigger Makrogranulare Information aus Kalorimetern und Müonsystem (e,, Jets, E T missing ) Schwellwert- und Topologiebedingungen möglich Entscheidungszeit: 3,2 s Eingangsrate: 40 MHz Ausgangsrate: bis zu 100 kHz Speziell entwickelte Elektronik High Level Trigger (mehrere Stufen) Genauere Informationen aus Kalorimetern, Müonsystem und Tracker Schwellwert-, Topologie-, Massenbedingungen u.a. sowie Vergleiche mit anderen Detektoren möglich Entscheidungszeit: bis zu einigen ms Eingangsrate: bis zu 100 kHz Ausgangsrate (Datenakquisition): ca. 100 Hz Industrielle Prozessoren und Switching-Netzwerk

6 Level-1 Trigger

7 Regionaler Drift-Tube Müontrigger Track Finder Processor Pipeline-Logik (kein sequentieller Prozessor) Jede Pipeline-Stufe führt einen Prozeßschritt durch Arbeitet mit 40MHz (Strahlkreuzungsfrequenz des LHC) Implementierung mit FPGAs

8 Regionaler Drift-Tube Müontrigger Sector Receiver Unit Extrapolator Unit Linker Unit Parameter Assignment Unit TS Die lokale Triggerelektronik jeder Müonstation liefert 2 Spursegmente, die gegeben sind durch: Ortswinkel (12 bit) Ablenkwinkel b (10 bit) Segmentqualität (3 bit) Track Finder Processor sucht zu einer Müonspur gehörendende Spursegmente eliminiert Spurkandidaten mit niedrigerer Qualität weist Spuren physikalische Parameter zu (p T, Winkel) übergibt die 2 besten Spuren an die Sortierstufe (Wedge Sorter)

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10 Track Finder (rz-Projektion) Spuren bilden vom Kollisionspunkt ausgehende gerade Linien. Eigenständiges Track Finding durch Mustervergleiche Berechnung des Wertes Matching mit den (r/ -Spuren

11 Track Finder Crate Sektorprozessor-Prototyp

12 Globaler Müontrigger Output: 8 bit, 6 bit, 5 bit p T, 1 bit charge, 3 bit quality, 1 bit MIP, 1 bit Isolation 4 DT 4 CSC 8 RPC Besten 4 von CMS zum Globalen Trigger Matching, Paarsuche Rangbestimmung Parameterkombination Selektion (Unterdrückung von Ghosts) Sortieren (Zentralbereich) Endsortierstufe Matching, Paarsuche Rangbestimmung Parameterkombination Selektion (Unterdrückung von Ghosts) Sortieren (Vorwärtsbereich)

13 Platine des globalen Müontriggers Logikdesign für FPGAs abgeschlossen, VHDL-Simulation begonnen

14 Effizienz des globalen Müontriggers gen Gute Effizienz ohne Überschreitung von Ratenvorgaben erreicht. Gesamteffizienz = 96.9 %

15 Globaler Trigger Für die Physikdatennahme verwendet der globale Trigger nur Information der Kalorimeter und des Müonsystems. Sie besteht aus speziellen makrogranularen Triggerdaten. Die volle Information steht erst dem Higher Level Trigger zur Verfügung. Spezielle Signale von allen Subsystemen können für Kalibrations-, Synchronisations- und Prüfzwecke verwendet werden (technische Trigger). Das TTC-System ist ein optisches Verteilernetzwerk, das zur Übertragung des Level-1-Accept- Signals (L1A) und von Zeitinformation (LHC clock etc.) zwischen dem Trigger und der Detektorelektronik dient. Das Trigger Control System steuert die Ausgabe von L1A-Signalen und Bunch Crossing Zero sowie Bunch Counter Reset Befehlen. Die Möglichkeit der Reduzierung der Triggerrate im Fall von imminenter Speicherüberbelegung ist vorgesehen. Der Event Manager steuert den High Level Trigger und die Datenakquisition.

16 Module des globalen Triggers PSB (Pipeline Synchronising Buffer)Inputsynchronisation GTL (Global Trigger Logic) Logik FDL (Final Decision Logic) L1A-Entscheidung TIM Timing GTFE (Global Trigger Frontend) Readout

17 Prototyp eines PSB-Synchronisationsmoduls 6 Eingangskanäle, 1 Synchronisationschip für je 2 Kanäle

18 Crate des globalen Triggers

19 Algorithmenlogik (GTL-Platine)

20 Objektbedingungen Objektbedingung für 2 gegenüber liegende isolierte Elektronen Objektbedingung für 2 gegenüber liegende isolierte Müonen mit gesetzten MIP-Bits Objektbedingungen sind: E T oder p T Schwellen, / -Fenster, Bitmuster für Isolation, Qualität, Ladung und räumliche Korrelationen (, ) zwischen Objekten. Sie werden in den Condition Chips berechnet.

21 Algorithm AND-OR

22 Beispiel eines 2-Lepton-Triggers mit gegenüber liegenden Leptonen in

23 Trigger Control System Grundlegendes Konzept erarbeitet, endgültiges Design noch im Fluß, da starke Wechselwirkung mit den anderen Subsystemen notwendig. Wichtigste Punkte des Konzepts: Zentrale Steuerung Ablauf von Physikdatennahme, Kalibration und Tests wird zentral gesteuert. Wesentliche Mitarbeit in Calibration Control Working Group. Partitionierung Teile können parallel und unabhängig voneinander sowie in Gruppen laufen. Das Auslesesystem ist eine eigene Partition. Sogar verschiedende Physiktrigger können parallel laufen. Trigger Throttle System Kontrolle über die Sequenz von Level-1-Accept-Signalen durch an Subsysteme angepaßte Triggerregeln.

24 Elektroniklayout

25 Triggersimulation und Müonrekonstruktion Simulation + Rekonstruktion: Detaillierte Detektorsimulation Präzise Simulation (auf Bit-Level) der Triggerelektronik des Level-1 Müonrekonstruktion und -selektion (High Level Trigger) Level-2: verwendet nur Müonkammern (Stand-alone Rekonstruktion) Level-3: inkludiert Trackerinformation (benützt also Müonkammern, Kalorimeter und Tracker) Aktivitäten: Berechnung von Triggerraten (Level-1, Level-2, Level-3) Effizienzstudien für interessante Signale (Higgs, SUSY, etc.) Bereitstellung von realistischen Triggertabellen für niedrige und hohe Luminositäten Kombination von Schwellen, Raten und Effizienzen

26 Inklusive Müonrate Rate bis 5 GeV/c wird dominiert durch K/ -Zerfälle, zwischen 5 und 25 GeV/c durch c- und b-Quark-Zerfälle

27 Müonimpulsauflösung im TriggerLevel-1Level-2Level-3 Auflösung in 1/p T

28 Müontriggerraten

29 Müonen im Level-3 Für eine Schwelle von 20 GeV/c: Rate hauptsächlich von (b/c) (~100 Hz) W/Z-Rate: 15 Hz für p T > 20 GeV/c Mit der Auflösung des Level-3: Rate kommt ~ von prompten Müonen

30 Supersymmetriestudien Beispiel: Massenbestimmung mit Hilfe von Dileptonspektren

31 Dileptonstruktur in mSUGRA

32 Alignmentsystem CCD-Kameras Müonkammern LED-Halterungen wurden entworfen und Prototypen hergestellt. Industrielle Fertigung von 1000 Stück erfolgte in Österreich.

33 Publikationen und Webseiten Information über Aktivitäten der CMS-Triggergruppe: http://wwwhephy.oeaw.ac.at/p3w/cms/trigger/ Folgende Arbeiten wurden in den Jahren 1999-2001 in referenzierten Journalen veröfffentlicht (ohne Beiträge zu Konferenzen, Schulen und wissenschaftlichen Zeitschriften): D. Denegri, W. Majerotto, L. Rurua: Constraining the Minimal Supergravity Model parameter tanb by measuring the dilepton mass distribution at LHC, hep-ph/9901231, Phys. Rev. D60:035008 (1999) N. Neumeister: CMS high-level triggering, Nucl. Instr. Meth. A462 (2001) 254 C.-E. Wulz: Concept of the First Level Global Trigger for the CMS Experiment at LHC, Nucl. Instr. Meth. A473/3 (2001) 231 A. Taurok, H. Bergauer, M. Padrta: Implementation and Synchronization of the First Level Global Trigger for the CMS Experiment at LHC, Nucl. Instr. Meth. A473/3 (2001) 243 M. Brugger, M. Fierro, C.-E. Wulz: Drift Tube Based Pseudorapidity Assignment of the Level-1 Muon Trigger for the CMS Experiment at CERN, CMS Note 2001/027 (2001), im Druck bei Nucl. Instr. Meth. A

34 Zusammenfassung Die CMS-Triggergruppe hat die alleinige Verantwortung für den regionalen Drift-Tube Trigger, den globalen Müontrigger und den globalen Trigger, inklusive Teile des Trigger Control Systems. In der CMS-Triggerführungsstruktur stellt sie den Global Trigger Coordinator. Die CMS-Triggergruppe führt parallel zu Konzeption und Bau der Hardwareentwicklung auch die Entwicklung der entsprechenden Simulations-, Prüf- und und Betriebssoftware durch. Die Koordination der gesamten Level-1-Simulationssoftware obliegt ebenfalls der Gruppe. Die CMS-Triggergruppe beteiligt sich an Physiksimulationsstudien mit dem Schwerpunkt Supersymmetrie. Zur CMS-Triggergruppe gehören zur Zeit die wissenschaftlichen Mitarbeiter J. Erö, M. Fierro, A. Jeitler (Werkvertrag), N. Neumeister, P. Porth, H. Rohringer, L. Rurua, H. Sakulin (CERN-Dissertant), A. Taurok, C.-E. Wulz und die Techniker (geteilt mit anderen Aktivitäten) H. Bergauer, Ch. Deldicque, K. Kastner und M. Padrta.