desarrollo y validación del algoritmo de filtrado Óptimo para el calorímetro hadrónico del...
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Desarrollo y Validación del Algoritmo de Filtrado Óptimo
para el Calorímetro Hadrónico del Experimento ATLAS
Joaquín PovedaDpt. Física Atómica, Molecular y Nuclear & IFIC
Universitat de València – CSIC
XXXI Reunión Bienal de la RSEF
Granada, 11 Septiembre de 2007
11/09/2007 XXXI Reunión Bienal de la RSEF - Joaquín Poveda Torres 2
ATLAS
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Calorímetro Hadrónico TileCal
4 m
12 m Calorimetro Hadrónico de muestreo. Dividido en 1 Barril Central (||<1.0) y 2 Barriles Extendido (0.8<||<1.7). 64 módulos por barril en . Módulos de hierro con tejas centelleadoras intercaladas. Las tejas están situadas en dirección perpendicular al haz de protones. La
intensidad de luz en las tejas es proporcional a la energía depositada. La luz producidas en las tejas es recogida por fibras ópticas y leída por tubos
fotomultiplicadores.
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Instalación
ATLAS se encuentra ahora mismo en la fase final de instalación y puesta a punto
Primeras colisiones protón-protón del LHC están previstas para Abril de 2008
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Lectura de datos en TileCal
La luz producida en las tejas es convertida en señal eléctrica en los PMTs .
El pulso de salida del PMT es amplificado y conformado separadamente con dos ganancias diferentes, las cuales difieren en un factor 64.
Los pulsos de alta y baja ganancia son posteriormente digitalizados a intervalos de 25 ns por ADCs
Una de estas series de digitalizaciones es enviada mediante fibras ópticas al siguiente nivel en la cadena de adquisición: los Read-Out Drivers (RODs)
PMT Conformación Digitalización
Pulso alta ganancia
Pulso baja ganancia
Pulso digitalizado
luz
Módulos Módulos
TileCalTileCal
Read-Out Read-Out DriverDriver
Señaleléctrica
Electrónica FrontalElectrónica Frontal
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El Read-Out Driver (ROD) constituye el elemento principal de la electrónica de Back-End de TileCal
Principales funciones: Transmisión de datos: envía los datos al siguiente
elemento en la cadena de adquisición a 100 kHz. Procesado de datos: posee 4 Procesadores Digitales
de Señal
Electrónica de Back-End: ROD
(DSPs) de coma fijo donde se aplican algoritmos de reconstrucción y trigger
Monitoraje: parte de los datos pueden leerse a través del bus VME, sin introducir tiempo muerto adicional.
Recepción del trigger, detección de errores, generación del Busy...
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Algoritmos de Reconstrucción
La amplitud de los pulsos digitalizados es proporcional a la energía depositada por las partículas en el calorímetro es necesario reconstruir la amplitud (A) y fase () de los pulsos de señal
* p
Dentro de la colaboración se han desarrollado diferentes algoritmos de reconstrucción: Método de Ajuste del Pulso (Fit Method):
Ajuste de las muestras digitales a la forma del pulso variando A y . Método de Varias Amplidudes (ManyAmps):
Ajuste a varios pulsos con A variable y fijo en los Bunch Crossing de LHC
Algoritmo de Filtrado Óptimo (Optimal Filtering)
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Algoritmo de Filtrado Óptimo (OF) Obtiene la amplitud y fase del
pulso mediante el uso de una media ponderada de las muestras digitales.
Los coeficientes de estas combinaciones se escogen de modo que contribución del ruido a la resolución energética sea mínima
OF1:
OF2:
Algoritmo implementado en el entorno software ATHENA (usado para tareas offline en ATLAS) y en funcionamiento.
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* pS1
S2
S5
S3
S4
S6S7
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Validación del Algoritmo
Estudios de validación realizados con: Datos de simulación de piones individuales (E=50 GeV) en ATLAS (0 ns). Datos reales de rayos cósmicos tomados durante la puesta a punto
(commisssioning) del experimento. Fase no determinada (trigger de cósmicos) Comparación de la amplitud reconstruida con Fit Method y OF2 (en cuentas
de ADC; 1 ADC = 11.6 MeV en alta ganancia) Diferencias menores a 0.2 cuentas (menos de 1‰)
Monte Carlo Cósmicos
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Validación del Algoritmo
Monte Carlo Cósmicos
Estudios de validación realizados con: Datos de simulación de piones individuales (E=50 GeV) en ATLAS (0 ns). Datos reales de rayos cósmicos tomados durante la puesta a punto
(commisssioning) del experimento. Fase no determinada (trigger de cósmicos) Comparación de la amplitud reconstruida con Fit Method y OF2 (en cuentas
de ADC; 1 ADC = 11.6 MeV en alta ganancia) Diferencias menores a 0.2 cuentas (menos de 1‰)
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Comparación de los Algoritmos
Estudio de la resolución y respuesta del calorímetro de los diferentes métodos usando simulación completa del detector
A diferencia de los períodos de haz de prueba (2003 y 2004), en ATLAS las partículas interactúan primero en el calorímetro electromagnético antes que en el hadrónico
Comportamiento típico: Una fracción de los piones comenzará la cascada en LAr de modo
que se deposita energía tanto en LAr como en TileCal. Algunos atravesarán LAr como una MIP y la cascada hadrónica se
producirá sólo en TileCal Sólo estos último son interesan en este estudio.
TileCalTileCalLArLAr
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Comparación de los Algoritmos
Comportamiento típico: Una fracción de los piones comenzará la cascada en LAr de modo
que se deposita energía tanto en LAr como en TileCal. Algunos atravesarán LAr como una MIP y la cascada hadrónica se
producirá sólo en TileCal Sólo estos último son interesan en este estudio.
TileCalTileCalLArLAr
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Selección de sucesos
Definición simple para la Energía total (sin jets o clusters) Suma de la energía de las celdas en
un cono alrededor de la coordenadas del pión en el MC
Amplitud del cono: =0.40.4 Cortes para eliminar celdas con ruido
(2 en LAr y 1 en TileCal)
conoceldas celdaTOT EE
Eliminar piones que depositen mucha energía en LAr: Se simularon muones con la misma energía que los piones estudiados Exigir comportamiento como MIPs en cada capa de LAr: Ecapa()<EMIP+2MIP
Mismo corte en el criostato entre LAr y TileCal.
TileCalTileCalLArLAr
CriostatoCriostato
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Selección de sucesos
Distribuciones para la energía depositada en TileCal tras la selección de sucesos
Se usan para comparar los métodos las siguientes magnitudes:
MonteCarlo
reconstr
E
ERespuesta
reconstr
reconstr
EResolución
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Respuesta - Resolución
Tendencias correctas Comparaciones difíciles dado la falta de estadística (diferencias
compatibles con errores)
PRELIMINAR PRELIMINAR
Resolución Respuesta
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Conclusiones y Perspectivas
Nuevo algoritmo de reconstrucción de energía en el calorímetro hadrónico de ATLAS desarrollado por el grupo TileCal-Valencia
Implementado en Athena y en funcionamiento Validado con datos reales y de simulación Se están realizando estudios de comparación de los
diferentes algoritmos disponibles usando datos de simulación completa del detector
Planes: Incrementar la estadística en los estudios de resolución y
respuesta Mismo estudio con otras muestras de simulación (dijets, etc.) Estudios en entorno de ruido con apilamiento de sucesos de
minimum bias