La tracciatura nel trigger di alto livello di CMS Valentina Gori

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1 La tracciatura nel trigger di alto livello di CMS Valentina Gori Dipartimento di Fisica e sezione INFN di Firenze, per la collaborazione CMS. 1

2 Il tracciatore di CMS Rivelatore a pixel: 66M canali di lettura Dim. pixel; 100 μm x 150 μm Rivelatore a strips: 9M canali di lettura Passo: μm Performance: σ(pt)/pt ~ 100 GeV/c σ(ip) ~ GeV/c 2

3 La tracciatura nel trigger di CMS L1 (trigger di primo livello), hardware: 20 MHz HLT (trigger di alto livello), software: 100 khz 100 khz 500 Hz La tracciatura a livello HLT... riduce il fake-rate migliora l'isolamento nei trigger leptonici riduce il rate di eventi migliora l'efficienza Dal 2011: tracciatura iterativa nell'hlt minor combinatorio riduzione (x2) tempo di CPU tracciatura non solo "regionale" tecnica Particle Flow a livello HLT 3

4 La tracciatura nel trigger di CMS Tracciatura = algoritmi sofware per la ricostruzione di particelle cariche nel tracciatore Ricostruzione locale: raccolta degli hits Generazione del "seme" Ricerca delle tracce: - ricostruzione delle traiettorie (Kalman Filter) - risoluzione delle ambiguita` (trajectory cleaning) Fit finale della traccia e "smoothing" Selezione delle tracce 4

5 La tracciatura nel trigger di CMS Kalman Filter SEME stima rozza di parametri (+ errori) "navigazione" verso rivelatori più esterni ricerca degli hits compatibili con la previsione aggiornamento dei parametri reiterazione Se più di un hit compatibile: creati diversi cadidati I "migliori" sono propagati negli strati successivi chi quadro + hits validi/hits fantasma 5

6 La tracciatura iterativa L'idea di base è di procedere per gradi: "pattern recognition" delle tracce più facilmente ricostruibili (alto pt, grande numero di hits, vertice associato vicino alla regione di incrocio dei fasci,...) rimozione degli hits usati per la ricostruzione ricostruzione delle tracce con più "problematiche": più basso pt, basso numero di hits, vertice dislocato,... Cinque iterazioni Iterazione seme pt cut pt cut offline delta z delta r Iter 0 3 pixel hits 0.9 GeV/c 0.8 GeV/c < 1 mm < 0.5 mm Iter 1 3 pixel hits 0.5 GeV/c 0.6 GeV/c < 1 mm < 0.5 mm Iter 2 2 pixel hits +beam spot constraint 1.2 MeV/c 75 MeV/c < 0.5 mm < 0.25 mm Iter 3 3 (pixel+strip) hits 0.8 MeV/c 35 MeV/c < 0.5 mm < 0.5 mm Iter 4 2 strip (TIB) hits + BS constraint 0.8 MeV/c 0.5 GeV/c < 1 cm < 0.5 cm 6

7 La tracciatura iterativa Permette di ridurre il tempo di impiego della CPU 7

8 La tracciatura iterativa Permette di usare PFJets nel trigger Curva di turn-on circa 3 volte piu` ripida che nei CaloJets! 8

9 La tracciatura nel trigger di CMS Tracciatura HLT vs tracciatura offline: performance a confronto [GeV] (tutte le iterazioni) 9

10 La tracciatura nel trigger di CMS Performance della tracciatura HLT in due recenti versioni di CMSSW (sim. MC) 10

11 La tracciatura nel trigger di CMS Numero di pixel tracks e pixel vertices ricostruiti (Iter0 HLT) PU PU Andamento circa lineare con il numero di interazioni nei dati del

12 La tracciatura nel trigger di CMS Coordinate x e y del vertice ricostruito con le pixel tracks (Iter0) La larghezza della distribuzione è dovuta al movimento del fascio durante il fill 12

13 La tracciatura nel trigger di CMS Coordinata z del vertice ricostruito con le pixel tracks (Iter0) La larghezza della distribuzione dà una stima della regione luminosa 13

14 In conclusione La tracciatura costituisce un elemento importante del trigger di alto livello di CMS Con l'implementazione della tracciatura iterativa a livello HLT è diventato possibile usare Particle Flow objects nel trigger, in linea con l'analisi La tracciatura on-line mostra performance molto buone, confrontabili con quelle che si ottengono nella ricostruzione off-line, sia su eventi simulati che sui dati Uno strumento sempre più importante nell'attuale scenario di alta luminosità e alto pile-up 14

15 Il trigger di CMS: - L1 (trigger di primo livello), hardware: 40 MHz -> 100 khz - HLT (trigger di alto livello), software: 100 khz -> 300 Hz La tracciatura e` una componente importante del trigger di alto livello di CMS. Dal 2011 si usa una tracciatura iterativa, che ha permesso, con ragionevole velocita`, di operare la tracciatura non solo a livello locale per b-tagging o per i muoni, ma per tutte le particelle cariche -> possibilita` di usare PFJets per il trigger HLT. Perche` la tracciatura nell'hlt? - per ridurre il fake-rate (le tracce sono una conferma...) - per migliorare l'isolamento nei trigger leptonici - per ridurre il rate di eventi - per migliorare l'efficienza Perche` la tracciatura iterativa? - per ridurre il timing dell'hlt stesso (meno combinatorio -> tempo dimezzato risp. al vecchio algoritmo) -> possibile la tracciatura di tutte le particelle cariche ->possibile la tecnica Particle Flow anche a livello di trigger (curva di turn-on 3 volte piu veloce con PFJets vs CaloJets) La ricostruzione delle tracce usa circa il 10% della CPU totale usata dall'hlt 15

16 Cosa si intende per "tracciatura"? Algoritmi sofware per la ricostruzione di particelle cariche nel tracciatore di CMS. Come procede, logicamente, la tracciatura? - Ricostruzione locale: raccolta delle hits (=segnali nei pixel e nelle strips di silicio del tracciatore); di ciascuna: posizione e relativa incertezza - Generazione del "seme": scelta delle hits che serviranno come candidati iniziali per la ricostruzione completa della traccia, da cui si ottengono i parametri iniziali, con i relativi errori - Ricerca delle tracce: si ricostruiscono (in parallelo) le traiettorie -> tracce (con eliminazione dei duplicati - "risoluzione delle ambiguita`" o "trajectory cleaning") - Fit finale della traccia: stima dei parametri della traiettoria (e "smoothing") - Selezione delle tracce: si richiede che la traccia soddisfi una serie di tagli di qualita` Cosa si intende per "tracciatura iterativa"? Dal 2011, la tracciatura di CMS si articola in 5 passi, chiamati "iter". La principale differenza tra le diverse iterazioni e` data dai criteri di scelta del "seme": Iter 0: si usa come seme una terna di pixel hits; pt cut sul seme: 0.9 GeV/c Iter 1: si usano terne di hits come seme (offline: coppie); pt cut sul seme: 0.5 GeV/c (offline: 75 MeV/c) Con queste prime due iterazioni, ricostruite il 95% delle tracce; le successive iterazioni sono per tracce a basso pt o che si originano fuori dalla regione a pixel: Iter2: coppie di hits come seme; pt cut sul seme: 1.2 MeV (offline: 300 MeV/c) Iter3: triplette di hits "miste" da rivelatori a pixel o a strip; pt cut: 0.8 MeV/c (offline: 350 MeV/c) Iter4: coppie di hits da rivelatori a strip; pt cut: 0.8 MeV/c 16

17 Il Kalman filter del Combinatorial Track Finder (CTF): - si parte dalla stima rozza di parametri + errori calcolati dal seed - si procede verso strati sempre piu` esterni del tracciatore - navigazione: quale sara` la prossima intersezione con il prossimo strato di rivelatore? - ricerca dei rivelatori compatibili con la previsione - ricerca delle hit compatibili con la previsione* - ad ogni nuovo strato (-> nuova hit compatibile) vengono aggiornati i valori dei parametri - tutto reiterato fino allo strato piu` esterno del tracciatore * Se piu` di una hit compatibile: creati diversi cadidati per la traccia. I candidati traccia vengono fatti "crescere" negli strati successivi. Non tutti (altrimenti: crescita exp)! Solo quelli "migliori", in base al chi quadro e al rapporto hits valide/hits invalide ("fantasma") Nell'HLT la procedura viene interrotta anche prima del raggiungimento dello strato piu` esterno del rivelatore, non appena si raggiunge una bassa incertezza sui parametri o un certo numero di hits. 17