Lezione 22 Trigger. Trigger: seleziona gli eventi interessanti fra tutte le collisioni. Decide se l evento deve essere letto ed immagazzinato.

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1 : seleziona gli eventi interessanti fra tutte le collisioni. Decide se l evento deve essere letto ed immagazzinato. Sistema di acquisizione dati (DAQ): raccoglie i dati prodotti dall apparato e li immagazzina (se il trigger ha dato l O.K.). È costituito da: Elettronica di front-end : riceve i segnali dell apparato e del trigger e digitizza l informazione. Lettura (rete di lettura) : legge i dati trattati dall elettronica di front-end e forma gli eventi completi (Event Builder). Central DAQ : immagazzina gli eventi, eventualmente li processa e li filtra. Controlla tutta la configurazione. Rivelatori di Particelle 1

2 design feedback Detector & Simulation Analog signals System and DAQ Data Acquisition System decisions Reconstruction & Analysis raw data Mass Storage DAQ = Data AcQuisition Physics Results Rivelatori di Particelle 2

3 Il ruolo principale del trigger e dell acquisizione dati è quello di processare i segnali generati dall apparato e di immagazzinare i dati raccolti su disco o nastro. Altre funzioni ed informazioni sono comunque necessarie : Informazioni dall acceleratore Costanti geometriche e di funzionamento dell apparato controllo dell esperimento Condizioni di lavoro (come richieste dallo sperimentatore) Rivelatori di Particelle 3

4 Accelerator Detectors Accelerator status Detector status Database Raw signals Experimenter Information Conditions & DAQ System Settings Status Event data Detector, readout descrip. constants Data Store Experiment Control Rivelatori di Particelle 4

5 Perché è necessario? Per selezionare gli eventi interessanti Per sopprimere il fondo Per ridurre le dimensioni dei dati raccolti L acquisizione dati richiede un tempo τ rec che tipicamente è di parecchi ms per evento. Se il rate R degli eventi selezionati dal trigger non è piccolo se paragonato a 1/τ rec si ha del tempo morto. Il rate di eventi immagazzinati sarà quindi minore del rate di eventi reali: Rivelatori di Particelle 5

6 Un esempio molto semplice di un trigger: Un esperimento di scattering in cui solo le particelle del fascio diffuse all angolo θ vengono raccolte. Condizioni per immagazzinare l evento : T = B 1 & B 2 & S 3 & S 4 Tutti gli altri eventi vengono buttati. Rivelatori di Particelle 6

7 In esperimenti ai collider adronici (ma non solo) i sistemi di trigger devono essere molto più selettivi. Rivelatori di Particelle 7

8 Rate di eventi ad un Collider pp e p p Tevatron (2TeV), L=2x10 32 σ vis 60 mb R=2x10 32 x60x x10 6 Hz Se voglio studiare lo Z 0 σ~ 2 nb R=2x10 32 x2x10-24 x10-9 ~0.4 Hz Fattore di reiezione 10 7 LHC (14 TeV), L=10 34 σ vis 80 mb R=10 34 x8x10-26 = 8x10 8 Hz e numero medio di interazioni per crossing (25 ns) ~ 20. Se vogliamo studiare l Higgs ci attendiamo per questo canale un rate ~ 10-5 Hz Fattore di reiezione ~ Rivelatori di Particelle 8

9 Rate ai Collider e-p Interazioni elettrodeboli. La sezione d urto dipende da Q 2.Per Q 2 >1000GeV σ ~150 pb e L ~ R= 150x10-12 x10-24 x10 31 ~ 5 eventi all ora. Fondi: interazioni beam gas del fascio di protoni. Rate ai Collider e + e - Lezione 22 Interazioni elettromagnetiche sezione d urto abbastanza piccola. 2 e ( nb) = πα σ σ µµ 3 2 qq = µµ σ µµ q 4σ = 2 2 3s E ( GeV ) fascio Lep ( E=55 GeV), L=10 31 R ~ 5X10-4 Hz. (eventi qq). se voglio studiare lo Z (σ ~ 50 nb) R= 0.75 Hz Fondi: interazioni beam-gas, sciami nel tubo a vuoto R= Hz fattore di reiezione Rivelatori di Particelle 9

10 Rivelatori di Particelle 10

11 La decisione del trigger è presa in diversi livelli successivi. Crescendo il livello cresce la sua complessità e selettività. Tutti i dati selezionati dal livello precedente devono essere immagazzinati fino a quando una decisione del trigger del livello attuale non è stata presa. Rivelatori di Particelle 11

12 Rivelatori di Particelle 12

13 Esempio : trigger di livello 1 di ATLAS Lezione 22 Rivelatori di Particelle 13

14 Il trigger di livello 1 è senza tempo morto la decisione del trigger deve essere presa ogni 25 ns! Durante il tempo di latenza del trigger i dati di ogni singolo canale dell apparato devono essere immagazzinati in pipelines di lunghezza 128 celle. Infatti il tempo di latenza del trigger è di 3 µs e 128x25 ns = 3.2 µs. Unità di lettura Rivelatori di Particelle 14

15 Monitor online L ultimo livello di trigger normalmente agisce sull evento completo ed oltre ad eliminare eventi che non soddisfano le richieste di nessuno dei trigger può suddividere gli eventi accettati nei vari canali di fisica sotto studio. Il risultato di quest ultimo filtro permette di immagazzinare i dati su disco o nastro etichettati quali candidati di un particolare canale. A questo punto intervengono anche dei programmi di monitoraggio on-line che sia controllano il corretto funzionamento dei vari pezzi dell apparato, sia forniscono un display degli eventi candidati dei vari canali di fisica sotto studio (per un sottoinsieme di eventi). Inoltre un sottoinsieme di eventi è anche usato per calibrare o controllare la calibrazione dell apparato. Rivelatori di Particelle 15

16 DAQ Naturalmente non c è una chiara divisione fra il DAQ ed i trigger di livelli elevati. Quello che possiamo dire è che mentre i trigger sono (almeno i livelli più bassi) hardware, l acquisizione dati è essenzialmente un processo sofware. L acquisizione dati è nota come il processo di raccogliere e calibrare i dati rozzi provenienti dai vari pezzi dell apparato ed immagazzinarli per una successiva analisi offline. I dati rozzi vengono riuniti in parti logiche, chiamate eventi, che corrispondono ad una stessa interazione. Anche se una grossolana ricostruzione in osservabili fisiche può essere fatta dalla DAQ, spesso la ricostruzione degli eventi in osservabili quali impulso, energia, massa, tempo, ecc. è il compito principale dei programmi di ricostruzione offline. Rivelatori di Particelle 16

17 Controllo La complessità e le dimensioni degli apparati del giorno d oggi impone che tutti i controlli e gli aggiustamenti dell apparato possano essere eseguiti con un controllo remoto (software). Il concetto di slow control include l immagazzinare, il monitorare, il controllare ed eventualmente l aggiustare tutti i parametri dell esperimento che devono stare a dei valori ben precisi durante la presa dati. Questi parametri non sono direttamente associati agli eventi, ma comunque possono avere un influenza significativa sulla qualità dei dati raccolti. Alcuni di questi parametri includono: Alte tensioni e correnti di tutti i sotto-apparati. Sistema di gas per le varie camere (circolazione del gas, temperatura, pressione, purezza ecc.) Basse tensioni di tutta l elettronica di front-end (preamplificatori, formatori ecc.) Temperatura dell elettronica di front-end e sistema di raffreddamento dell apparato. Controllo dei magneti (e monitoraggio) Controllo del sistema criogenico per magneti superconduttori o rivelatori a gas nobili liquefatti. Sistema di interlock Rivelatori di Particelle 17

18 ATLAS Rivelatori di Particelle 18

19 CMS Rivelatori di Particelle 19

20 Alice Rivelatori di Particelle 20

21 LHCb Rivelatori di Particelle 21

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