Il commissioning dell’esperimento ATLAS a LHC

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



• 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



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


5A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC

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.

Rivelatore di muoni



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.



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



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.



Cosmics

Calorimetria adronica



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):



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



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



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



Barrel

EndCap

particles

%1.04.0[GeV]

%4.010.0

EEE

Cosmici nel LAr



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



preliminary

Identificazione di getti con quark b

MC

Tracciatore interno



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



• 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!



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



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



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 Residui/errore muon fit in MDT

CosmicsCosmics

Calibrazioni



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


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



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.



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%



H analyses




H (mH 120 GeV) (lepton) H (mH 120 GeV) (ETmiss)

preliminary

preliminary


preliminary

preliminary

• Total• Only Accordion• Only Front• Only Leakage

15/01/08 D.Banfi - ATLAS Milano 34

36

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.

37

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

38

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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