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Rivelatori di Particelle 1

Lezione 22 Trigger

Trigger: 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.

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Lezione 22 Trigger

Physics Results

Data Acquisition

System

Trigger System

Analog signals

decisions

Detector & Trigger

Simulation

raw data

Recons- truction & Analysis

design feedback

Trigger and DAQ

Mass Storage

DAQ = Data AcQuisition

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Lezione 22 Trigger

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)

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Lezione 22 Trigger

Trigger & DAQ System

Accelerator

Database

Experiment Control

Data Store

Accelerator status

Detector status

Detector, readout descrip. constants

Event data

Settings Status

Raw signals

Information

Conditions

Detectors

Experimenter

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Lezione 22 Trigger

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 τrec che tipicamente è di parecchi ms per evento.

Se il rate R degli eventi selezionati dal trigger non è piccolo se paragonato a 1/τrec si ha del tempo morto. Il rate di eventi immagazzinati sarà quindi minore del rate di eventi reali:

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Lezione 22 Trigger

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 = B1& B2& S3& S4

Tutti gli altri eventi vengono buttati.

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Lezione 22 Trigger

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

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Lezione 22 Trigger

• Rate di eventi ad un Collider pp e p‾p

Tevatron (2TeV), L=2x1032 σvis≈60 mb R=2x1032x60x10-27≈12x106 Hz Se voglio studiare lo Z0 σ~ 2 nb R=2x1032x2x10-24x10-9~0.4 Hz Fattore di reiezione ≥ 107

LHC (14 TeV), L=1034 σvis≈ 80 mb R=1034x8x10-26 = 8x108 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 ~ 1013- 1014

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• Rate ai Collider e-p Interazioni elettrodeboli. La sezione d’urto dipende da Q2.Per Q2>1000GeV σ ~150 pb e L ~ 1031 R= 150x10-12x10-24x1031~ 5 eventi all’ora. Fondi: interazioni beam gas del fascio di protoni. • Rate ai Collider e+e- Interazioni elettromagnetiche sezione d’urto abbastanza piccola. e Lep ( E=55 GeV), L=1031 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= 103-104 Hz

fattore di reiezione 103-104

Lezione 22 Trigger

)()(9.21

34

22

2

GeVEnb

s fascio

==πασ µµ

µµµµ σσσ 43 2 ≅××= ∑qqq

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Lezione 22 Trigger

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Lezione 22 Trigger

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.

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Lezione 22 Trigger

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Lezione 22 Trigger

Esempio : trigger di livello 1 di ATLAS

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Lezione 22 Trigger

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

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Lezione 22 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.

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Lezione 22 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.

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Lezione 22 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

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Lezione 22 ATLAS

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Lezione 22 CMS

Rivelatori di Particelle 20

Lezione 22 Alice

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Lezione 22 LHCb