Evaluierung Institut für Hochenergiephysik Wien, 5. Feb. 2002 Claudia-Elisabeth Wulz Projekt CMS-Trigger.
Post on 06-Apr-2015
104 Views
Preview:
Transcript
EvaluierungInstitut für Hochenergiephysik
Wien, 5. Feb. 2002
Claudia-Elisabeth Wulz
Projekt CMS-Trigger
Physikalische Zielsetzungen von CMS
Standardmodell-PhysikStandardmodell-PhysikQCD, elektroschwache Theorie (Higgs, W, Z, Top, Jets, …)
SupersymmetrieSupersymmetrieSUSY-Higgsbosonen, andere supersymmetrische Teilchen, ...
Andere Erweiterungen des StandardmodellsAndere Erweiterungen des StandardmodellsCompositeness, Technicolor, Leptoquarks, neue schwere Vektorbosonen, ...
B-PhysikB-Physik CP-Verletzung, B0-B0 Oszillationen, seltene B-Zerfälle, ...
SchwerionenphysikSchwerionenphysikQuark-Gluon-Plasma
Physik bei kleinen WinkelnPhysik bei kleinen Winkeln total, elastische Streuung, Diffraktion
Neue PhänomeneNeue Phänomene
CMS-Detektor
Wirkungsquerschnitte
Wirkungsquerschnitte für verschiedene Prozesse variieren über viele Größenordnungen
• inelastisch: 109 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
-
Trigger Levels in CMS
Level-1 TriggerMakrogranulare Information aus Kalorimetern und Müonsystem (e, , Jets, ET
missing)Schwellwert- und Topologiebedingungen möglichEntscheidungszeit: 3,2 sEingangsrate: 40 MHz Ausgangsrate: bis zu 100 kHzSpeziell entwickelte Elektronik
High Level Trigger (mehrere Stufen)Genauere Informationen aus Kalorimetern, Müonsystem und TrackerSchwellwert-, Topologie-, Massenbedingungen u.a. sowie Vergleiche mit anderen Detektoren möglichEntscheidungszeit: bis zu einigen msEingangsrate: bis zu 100 kHzAusgangsrate (Datenakquisition): ca. 100 HzIndustrielle Prozessoren und Switching-Netzwerk
Level-1 Trigger
GLOBAL TRIGGER
CalorimeterLocal Trigger
DTLocal Trigger
CSCLocal Trigger
Regional CalorimeterTrigger
Regional CSCTrigger
RPCTrigger
CSCHits
RPCHits
DTHits
Calorimeterenergy
Global CalorimeterTrigger
Global Muon Trigger
Regional DTTrigger
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 FPGA’s
Regionaler Drift-Tube Müontrigger
SectorReceiver
Unit
ExtrapolatorUnit
LinkerUnit
ParameterAssignment
UnitTS
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 (pT, Winkel) • übergibt die 2 besten Spuren an die Sortierstufe (Wedge Sorter)
TRACK FINDER PROCESSOR
INREC_OPINREC_OP
INREC_NINREC_N
INREC_WZ_WLINREC_WZ_WL
INREC_WZ_WRINREC_WZ_WR
INREC_WZ_ZLINREC_WZ_ZL
INREC_WZ_ZRINREC_WZ_ZR
EXTRAPOLATORBEXTRAPOLATOR
B
PIPE_SEL_1PIPE_SEL_1
PIPE_SEL_2PIPE_SEL_2
PIPE_SEL_3PIPE_SEL_3
EXTRAPOLATORAEXTRAPOLATOR
A
LINKERLINKER
PARASS_APARASS_A
PARASS_BPARASS_B
PLD 20K300E_672
PLD1K50FC_484
PLD1K50FC_484
PLD1K50FC_484
PLD1K50FC_484
PLD1K50FC_484
PLD20K400E_672
PLD20K400E_672
PLD20K300E_672
PLD1K100FC_484
PLD1K100FC_484
PLD1K100FC_484
PLD20K300E_672
PLD20K300E_672
CONTROLLERCONTROLLER
PLD1K100FC_484
JTAG CONTR.JTAG CONTR.
CONF.EPC2CONF.EPC2
CONF.EPC2CONF.EPC2
CONF.EPC2CONF.EPC2
CONF.EPC2CONF.EPC2
CONF.EPC2CONF.EPC2
CONF.EPC2CONF.EPC2
CONF.EPC2CONF.EPC2
CONF.EPC2CONF.EPC2
CONF.EPC8CONF.EPC8
CONF.EPC8CONF.EPC8
CONF.EPC8CONF.EPC8
Con
nect
or 6
8pC
onne
ctor
68p
Con
nect
or 6
8pC
onne
ctor
68p
Con
nect
or 6
8pC
onne
ctor
68p
Con
nect
or 6
9pC
onne
ctor
69p
Con
nect
or 6
9pC
onne
ctor
69p
I / O NEIGHBOURS
Con
nect
or. 3
*32
Con
nect
or 5
*22
C
onne
ctor
5*2
2C
onne
ctor
5*2
5C
o nne
c tor
5*2
5C
o n.5
* 11
CONFIGURATION
2 TS with parameters
2 Track Addresses for faster Sorting
Theta for Matching
Track Finder (rz-Projektion)
• Spuren bilden vom Kollisionspunkt ausgehende gerade Linien.
• Eigenständiges Track Finding durch
Mustervergleiche
• Berechnungdes Wertes
• Matching mit den (r/-Spuren
Track Finder Crate
Sektorprozessor-PrototypSektorprozessor-Prototyp
Globaler Müontrigger
•Output:8 bit , 6 bit , 5 bit pT, 1 bit charge, 3 bit quality, 1 bit MIP, 1 bit Isolation
4 DT4 DT 4 CSC4 CSC8 RPC8 RPC
Besten 4 von CMS zum Globalen TriggerBesten 4 von CMS zum Globalen Trigger
Matching, PaarsucheRangbestimmung
Parameterkombination
Selektion (Unterdrückungvon “Ghosts”)
Sortieren (Zentralbereich)
Endsortierstufe
Matching, PaarsucheRangbestimmung
Parameterkombination
Selektion (Unterdrückungvon “Ghosts”)
Sortieren (Vorwärtsbereich)
Platine des globalen Müontriggers
Logikdesign für FPGA‘s abgeschlossen, VHDL-Simulation begonnen
Effizienz des globalen Müontriggers
gen
Gute Effizienz ohne Überschreitung von Ratenvorgaben erreicht.
Gesamteffizienz = 96.9 %
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.
Module des globalen Triggers
PSB (Pipeline Synchronising Buffer) InputsynchronisationGTL (Global Trigger Logic) LogikFDL (Final Decision Logic) L1A-EntscheidungTIM TimingGTFE (Global Trigger Frontend) Readout
L1Ato TTC, DAQ
FromTTC
FromDetector
L1Ato TTC, DAQ
ToDAQ
FromTTC
Backplane with point-to-point and readout links
PSB GTL FDL TIM GTFE
Prototyp eines PSB-Synchronisationsmoduls
6 Eingangskanäle, 1 Synchronisationschip für je 2 Kanäle
Crate des globalen Triggers
Algorithmenlogik (GTL-Platine)
Objektbedingungen
Objektbedingung für 2 gegenüber liegende isolierte Elektronen Objektbedingung für 2 gegenüber
liegende isolierte Müonenmit gesetzten MIP-Bits
Objektbedingungen sind: ET oder pT Schwellen, /-Fenster, Bitmuster für Isolation, Qualität, Ladung und räumliche Korrelationen (, ) zwischen Objekten. Sie werden in den Condition Chips berechnet.
eis.(1)
eis.(2)
ET(1) > ET(1)threshold
ET(2) > ET(2)threshold
0o ≤ (1) < 360o
0o ≤ (2) < 360o
170o ≤ |(1) - (2)| < 190o
+(1)
μ-(2)
pT(1) > pT(1)threshold
pT(2) > pT(2)threshold
0o ≤ φ(1) < 360o
0o ≤ φ(2) < 360o
170o ≤ |φ(1) - φ(2)| < 190o
ISO(1) = 1, ISO(2) = 1MIP(1) = 1, MIP(2) = 1SGN (1) = 1, SGN(2) = -1
Algorithm AND-OR
ETmissing
OR
Particle Condition formissing ET
Particle Conditions for muons
Particle Conditions for isolated electrons
ET(eis.) > ET(eis.)threshold pT(μ) > pT(μ)thresholdET
missing > ETthreshold
OR
ALGORITHM AND-OR
ANDAND
eis .
ETmiss ing
eis . μ
Beispiel eines 2-Lepton-Triggers mit gegenüber liegenden Leptonen in
Trigger Control System
Grundlegendes Konzept erarbeitet, endgültiges Design noch im Fluß, da starke Wechselwirkung mit den anderen Subsystemen notwendig.Wichtigste Punkte des Konzepts:Zentrale SteuerungAblauf von Physikdatennahme, Kalibration und Tests wird zentral gesteuert. Wesentliche Mitarbeit in Calibration Control Working Group.PartitionierungTeile können parallel und unabhängig voneinander sowie in Gruppen laufen. Das Auslesesystem ist eine eigene Partition. Sogar verschiedende Physiktrigger können parallel laufen.Trigger Throttle SystemKontrolle über die Sequenz von Level-1-Accept-Signalen durch an Subsysteme angepaßte Triggerregeln.
Elektroniklayout
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
Inklusive Müonrate
Rate bis 5 GeV/c wird dominiert durch K/-Zerfälle, zwischen 5 und 25 GeV/c durch c- und b-Quark-Zerfälle
Müonimpulsauflösung im Trigger
Level-1Level-1 Level-2Level-2 Level-3Level-3
Auflösung in 1/pT
1/pT
gemessen−1/pT
generiert
1/ pT
generiert
Müontriggerraten
Müonen im Level-3
Für eine Schwelle von 20 GeV/c:• Rate hauptsächlich von (b/c) (~100 Hz)• W/Z-Rate: 15 Hz für pT > 20 GeV/c
Mit der Auflösung des Level-3: Rate kommt ~ von prompten Müonen
Supersymmetriestudien
Beispiel: Massenbestimmung mit Hilfe von Dileptonspektren
Dileptonstruktur in mSUGRA
Alignmentsystem CCD-Kameras
Müonkammern
LED-Halterungen wurden entworfen und Prototypen hergestellt. Industrielle Fertigung von 1000 Stück erfolgte in Österreich.
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
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.
top related