system filtracji przypadków eksperymentu atlas. · • dane liczbowe typowe dla 2016 16 ... •...
TRANSCRIPT
System filtracji przypadków eksperymentu ATLAS.
Czyli o szukaniu igły w stogu siana.
Tomasz Bołd
1
Plan• Fizyka cząstek przed erą LHC
• Eksperymenty, unikalne wyzwania na zderzaczu hadronów i wyniki
• Filtracja w czasie rzeczywistym
• Wybrane przykłady
• Przyszłość systemu filtracji
2
Model standardowy (SM) przed LHC
• Kwarki i leptony
• Model oddziaływań
• silne poprzez wymianę gluonów
• elektrosłabe z γ, W i Z jako nośniki oddziaływań
• W SM masy nadawane przez mechanizm Brouta-Englerta-Higgsa
• Brak eksperymentalnego potwierdzenia
3
Produkcja i rozpad bozonu Higgsa arxiv:1107.5909
Różnorodne kanały rozpadu i produkcji w zależności od
masy
Dominujące kanały produkcji:
gg ! H
qq̄ ! (W |Z)H
~19pb*~4pb*
*SM dla masy MH=125GeV, ECM =14 TeV
Optymalny zderzacz hadronów i uniwersalne urządzenia detekcyjne4
Przewidywania teoretyczne i ograniczenia eksperymentalne
Złożone wykluczenia: 2 lipca 2012
Dopasowanie wynikające z pomiarów elektrosłabychGlobal EW Fit 2011
arxiv:1107.0975
5
Odkrycie bozonu H
Niezależny, zgodny wynik z pomiarem eksperymentu CMS. Kolejne, coraz bardziej precyzyjne pomiary potwierdzają naturę H. Spin - Phys. Lett. B 726 (2013), pp. 120-144
Sprzężenia - Phys. Lett. B 726 (2013), pp. 88-119
Phys. Lett. B 716 (2012) 1-29
6
Program fizyczny p-p eksperymentu ATLAS
• Bogaty program pomiarów poza bozonem H (~100📖 )
• precyzyjne pomiary Modelu Standardowego (~150📖 )
• fizyka kwarku top (~100📖 )
• fizyka hadronów z kwarkiem b/s (~30📖 )
• poszukiwanie nowych cząstek
• super-symetrycznych (~100📖 )
• i egzotycznych (~100📖 )
7
Porównanie przekrojów czynnych
• Przypadek produkcji Higgsa (i innych rzadkich sygnatur) należy wydobyć ze strumienia 109 zderzeń*
*To jest jak wybieranie jednego ziarna ryżu ze 150 ton0.1 1 10
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
σσσσWH
(MH=125 GeV)
HE
LHC
WJS2012
σσσσjet
(ET
jet > 100 GeV)
σσσσjet
(ET
jet > √√√√s/20)
σσσσggH
(MH=125 GeV)
LHCTevatron
eve
nts
/ s
ec f
or L
= 1
03
3 c
m-2s
-1
σσσσb
σσσσtot
proton - (anti)proton cross sections
σσσσW
σσσσZ
σσσσt
σ
σ
σ
σ
(( ((nb
)) ))
√√√√s (TeV)9
Świetlności na LHC
Wartość nominalna
Z czasem, sprawność obsługi i szereg ulepszeń pozwalają na lepsze ogniskowanie wiązek na LHC —> świetlność (chwilowa i całkowita) stopniowo rośnie
LHC Run 1
LHC Run 2
10
Wysoka świetlność - nakładanie zderzeń p-p (pile-up)
• Protony w LHC ułożone w pęczki —> podczas zderzenia pęczków dochodzi do zderzeń wielokrotnych. Jedno z nich może być interesujące.
• ~40M przecięć / sekundę
Cztery punkty interakcji podczas jednego przecięcia pęczków. Ilość interakcji obecnie.
11
Program ciężkojonowy: Pb-Pb i p-Pb
• Zupełnie różne warunki eksperymentalne • Niska świetlność, zmienna centralność zderzeń —> zmienna krotność i
zajętość det. • Pomiary różne od programu p-p • Właściwości plazmy kwarkowo-
gluonowej (QGP) • korelacje, interakcje z
obiektami kolorowymi, elektrosłabymi
• Badanie modyfikacji funkcji struktury protonu związanego w jądrze
• Pomiary oddziaływań peryferycznych (np. ɣɣ → ɣɣ)
~30📖
12
hit
Budowa detektora i strumień danych
Detektory ATLAS posiadają ~100M kanałów odczytu, odczytywane co 25ns,
zakładając binarny odczyt —> 4 1015 b/s, technologicznie nieosiągalne! 13
Proces rejestracji produktów zderzenia
• t0=0 zderzenie - 10-27
s produkty
• t=t0+0.1ns sygnał w pierwszej warstwie detektora śladów
• t=t0+3.5ns cząstka opuszcza detektor śladów TRT
• t=t0+5ns cząstka w kalorymetrze elektromagnetycznym
• t=t0+14ns - miony opuszczają kalorymetr hadronowy
• t=t0+30ns - miony opuszczają detektor
• uproszczone informacje przesyłane do pod-systemów wyzwalania
• jednocześnie przesyłane do buforów odczytu “na detektorach” w oczekiwaniu na decyzję o rejestracji
• t=t0+2.5μs - decyzja o akceptacji - dane kopiowane do głębszych buforów systemu odczytu
*Czasy przy założeniu v=c, i emisji w η=0.
Kolejne zderzenie
0
25
t[ns]
Kolejnych 100
14
System filtracji online• Pomiar obiektów σ≈pb —> efektywny system filtrowania z
redukcją ~105-107
• Część systemu (L1) musi pracować z częstością LHC (40 MHz)
• Dedykowana elektronika
• Precyzyjna filtracja (HLT) odbywa się na farmie komputerów
• Dedykowane/szybkie algorytmy
Elementarnym sposobem ograniczenie ilości danych jest zaniedbanie kanałów bez sygnału (zero-suppression) - czynnik 5-10
15
System filtracji online
• Dane liczbowe typowe dla 2016
16
2011-2013 - dwa poziomy HLT
Część sprzętowa - L1• Zgrubne sygnały detektorowe dostarczane do
układów implementujących proste algorytmy
• Koincydencje geometryczne → miony
• Wyszukiwanie maksimów metodą przesuwającego się okna → depozyty kalorymetryczne
• Przepuszczane są przypadki spełniające jeden z 256(512) kryteriów logicznych
• Dodatkowa informacja - charakterystyka rejonów aktywności (RoI)
2008 JINST 3 P03001
– 16 –
Figure 13. Elements used for the e/γ and τ/hadron algorithms.
improved selectivity in demanding narrow showers is useful. In the case of the e/γ algorithm at least one of the four sums is then required to pass a programmable ‘cluster’ threshold in ET. For the τ/hadron algorithm each of the four EM 1 × 2 and 2 × 1 pairs is added to the sum of the 2 × 2 ‘core’ towers in the hadronic calorimeter, and at least one of the four sums is required to pass a threshold.
For the isolation requirements, the ET values for the 12 EM towers surrounding the central 2 × 2 region are summed and required to be less than a programmable ‘EM isolation’ threshold. The ET values for the 12 hadronic towers surrounding the central 2 × 2 core region are also summed and required to be less than a programmable ‘hadronic isolation’ threshold. For the e/γ algorithm only, to ensure that the shower is contained in the EM calorimeter, the sum of the core 2 × 2 hadronic region must be less than a programmable ‘hadronic veto’ threshold.
The ‘cluster’ threshold requirement is ‘greater than’, so that setting the threshold to its maximum value of 255 GeV makes it impossible to satisfy, and so turns it off. In a similar way, the various isolation thresholds require ‘less than or equal to’, so that setting a threshold to its full-scale value of 63 GeV effectively turns off that particular isolation requirement.
The isolation thresholds for both algorithms are fixed values, rather than ratios of isolation energy to cluster energy. Here too, physics studies [5] showed that using this approach, which is much simpler to implement, does not significantly decrease performance. In practice, the trigger menus will set much less demanding isolation thresholds (or none at all) for very energetic objects, while lower thresholds will need to have stricter isolation criteria in order to control the rates at the expense of some signal loss.
The CP provides 16 of these combinations, or sets, of cluster threshold and isolation conditions. Eight of the sets are for e/γ triggers, while the other eight can each be programmed to carry out either the e/γ or τ algorithms. For each set the cluster and isolation/veto thresholds
Częstość redukowana do ~100kHz Decyzja wypracowana w 2.5 µs
17
Filtr wysokiego poziomu - HLT• W rejonach zidentyfikowanych przez L1 wykonywana
jest rekonstrukcja obiektów fizycznych
• Znaczne przyśpieszenie obliczeń w porównaniu do pełnej rekonstrukcji (złożony proces)
• Optymalizacja procesu odrzucania (99% przypadków jest odrzucanych)
• Wykorzystuje się typowo ok 2-5% informacji z detektora • Mniej kosztowny system odczytu • Tańsza sieć do transmisji danych • Mniejsza farma HLT
Częstość redukowana do ~1kHz Decyzja wypracowana w 300 ms*
* parametry z Run 2: 2015-2016
RoI
18
Oprogramowanie w c++ Kilkaset algorytmów
Proces filtracji HLT w pigułceprzykład elektronu
1. Rekonstrukcja klastra → parametry kaskady elektromagnetycznej
2. Sprawdzenie depozytu i kształtu kaskady
3. Rekonstrukcja śladów w ID → ślady
4. Kombinacja śladów z kaskadą → elektrony
5. Weryfikacja hipotezy elektronu
Tracking FEX
Electron FEX
Electron Hypo
Reject
Reject
Accept
Accept
Calo FEX
Calo Hypo
FEX - Feature Extraction algorithm Hypo - Hypothesis verification algorithmNastępnie kroki 1-5 powtórzone
przez precyzyjne algorytmy.
✖
✖
19
Sterowanie HLT• Algorytm nadrzędny
• Dekodowanie informacji L1 • Sterowanie rekonstrukcji w rejonach
zainteresowań w optymalny sposób • Podsumowanie decyzji
• Stosuje zaawansowane techniki programistyczne dla maksymalnej optymalizacji procesu • grafowe struktury danych • abstrakcje procesu decyzyjnego • eliminacja powtórzeń • odporność na błędy danych
Wizualizacje struktury danych (graf skierowany - poli-drzewo) w procesie podejmowania decyzji: różowe trójkąty - hipotezy odrzucone zielone trójkąty - hipotezy potwierdzone
Rekonstrukcja HLT ok 10-100 razy szybsza niż offline. time [ms]0 500 1000 1500 2000
even
ts
1
10
210
310
410L2 execution time
Caching disabled<time> = 60 msCaching enabled<time> = 38 ms
Trigger OperationsATLAS Trigger Run Offline
Czas przetwarzania przy zastosowaniu jednej z technik optymalizacyjnych20
Idea stopniowej selekcji
Parametr (np. pT)
Ilość
prz
ypad
ków
(czę
stoś
ć)
“Precyzyjna” selekcja (HLT)“Zgrubna” selekcja (L1)
Użyteczne dane
Zmarnowane zasoby
21
Selekcja idealna
Niewydajna selekcja
Parametry systemu filtracji• Niech a - oznacza akceptację
przypadku, T - wystąpienie sygnałuP(a) = P(a|T)P(T) + P(a|~T)P(~T)
• Efektywność - 𝛜 ~1
• Czystość - P(a|~T) << 1
• Uwaga: P(~T) wielokrotnie większe (zob. przekroje czynne)
• W praktyce: jak największa efektywność i akceptowalna częstość całkowita
22
r [a.u.]0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
t [a.
u.]
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
r [a.u.]0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
t [a.
u.]
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
r [a.u.]0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
∈
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
r [a.u.]0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
∈
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Słaba korelacja
Dobra korelacja
r r
rr
𝛜t t
𝛜
małe duże
czys
tość
Selekcja w systemie wyzwalania bazuje na “uproszczonych” parametrach
efekty
wność
Zakres pracy HLT• Weryfikuje dla każdego przypadku ~2000 hipotez
sygnału
• fotony, elektrony, miony, leptony tau, inkluzywne dżety hadronowe, oznaczone dżety z hadronizacji kwarku b, neutrina
• i kombinacje powyższych
• w programie ciężko-jonowym dodatkowo: kategorie przypadków o wysokich krotnościach czy ultra-peryferycznych
23
Pierwsze włączenie HLT w 2010
Moment włączenia pierwszego algorytmu HLT
Maksymalna częstość zapisu
24
Filtr elektronowy • Przypadki z rozpadem W/Z
• Wielostopniowa rekonstrukcja w RoI
• Klaster EM, dopasowany ślad
• ~10 zmiennych separujących od tła hadronowego
ratioE0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-410
-310
-210
-110
1
Isolated electrons
Hadrons
Non-isolated electronsBackground electrons
ATLAS PreliminarySimulation
RoI in the calorimeter
luminous region − beam spot
RoI in the ID
25
B
Filtr elektronowy c.d.
[GeV]TElectron E10 15 20 25 30 35
Effic
ienc
y
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
ATLAS
ν e→e15_medium with W-e+ e→e15_medium with Z
ν e→e20_loose with W-e+ e→e20_loose with Z
[GeV]T
E0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Trig
ger e
ffici
ency
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Data, HLT_e24_lhmedium_iloose_L1EM18VH ee MC, HLT_e24_lhmedium_iloose_L1EM18VH→Z
Data, HLT_e24_medium_iloose_L1EM18VH ee MC, HLT_e24_medium_iloose_L1EM18VH→Z
ATLAS Preliminary
∫=13 TeV, sData 2015, -1
L dt = 15.7 pb
ηElectron -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5
Effic
ienc
y
0.88
0.9
0.92
0.94
0.96
0.98
1
ATLAS
ν e→e15_medium with W-e+ e→e15_medium with Z
ν e→e20_loose with W-e+ e→e20_loose with Z
2011
2015 p-p
[TeV]FCalT EΣ
0 1 2 3 4 5
Trig
ger e
ffici
ency
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
-1bµ T&P 357 -e+ e→Z -1bµmin-bias 20.4
= 5.02 TeVNNsPb+Pb |<2.5η|
> 20 GeVele,looseT
offline p > 15 GeVele,loose
Tonline p
PreliminaryATLAS
2015 Pb-Pb
26
Pb-Pb - średnie depozyty działają jak pile-up —> zmodyfikowane kształty
kaskad, specjalne algorytmy korygujące
aby utrzymać wydajność.
Przy wysokiej L znacznie podniesiony próg: 15 —> 24 GeV. Dodatkowa selekcja redukująca tło —>
gorsza efektywność.
[GeV]T
E20 40 60 80 100
Effic
ienc
y0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
HLT_g25_loose
HLT_g35_loose
ATLAS Preliminary∫ = 13 TeV, sData 2015, µL dt = 719 -1b
|<2.37η|<1.37, 1.52<|η0<|
Filtr fotonowy• γγ - złoty kanał
rozpadu H • γ - SUSY • Czysty proces
kalibracyjny QCD: q+g ⟶q+γ
• W Pb-Pb, sonda nieczuła na QGP
No
trev
iew
ed
,fo
rin
tern
al
circu
latio
no
nly
[TeV] FCal TEΣ
0 1 2 3 4
Trig
ger e
ffici
ency
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
with UE subtractionwithout UE subtraction
= 5.02 TeV,NNsPb+Pb, -1bµ1
loose photon, |<1.37γη| > 25 GeVγ
Tpoffline
> 20 GeVγ
Tptrigger
ATLAS Preliminary
Figure 15: E�ciencies of the high level single photon loose triggers in the barrel region of the electro-magnetic calorimeter measured as a function of the total transverse energy in the forward calorimeter,FCal ⌃E
T
. Two triggers require loose online photon with transverse momentum greater than 20 GeV anddi↵er only by the implementation of the online underlying event (UE) subtraction algorithm. E�ciencyis evaluated w.r.t. o✏ine loose photon requiring matching to the trigger. The error bars indicate statisticaluncertainties only.
14
[GeV]T
E110 120 130 140 150 160 170 180
Effic
ienc
y
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
HLT_g120_loose
HLT_g140_loose
ATLAS Preliminary∫ = 13 TeV, sData 2015, µL dt = 719 -1b
|<2.37η|<1.37, 1.52<|η0<|
Porównanie wydajności
algorytmów dla p-p i Pb-Pb w
danych Pb-Pb
2015 Pb-Pb
2015 p-p
27
• rekonstrukcja i identyfikacja podobnie jak dla elektronów - nie wykorzystuje się informacji o brakującym śladzie
Filtr mionowy• Rozpady W/Z, (pośrednio τ),
b-jet, J/Ψ, ϒ, fizyka B
• rekonstrukcja śladu w systemie mionowym
• ekstrapolacja do detektora centralnego
• rozdzielczość pędu dla niskich i wysokich pędów, kombinacja estymacji z obu systemów
luminous region − beam
spot
RoI in the ID
RoI in the MS
track
[GeV]T
Muon p0 20 40 60 80 100
]−1
) [G
eVof
fT
− 1
/ptr T
(1/p
σ
0
1
2
3
4
5
-310×
ATLASL2 CombinedEF MS onlyEF Combined
28
B
B
Filtr mionowy cd• Inkluzywne filtry do pT>15,20 GeV • Sprzętowy filtr ma ograniczoną ~80% wydajność
w części centralnej (ograniczenie konstrukcyjne) —> μμ mają ograniczoną wydajność (60%)
• Drugi muon znajdowany poprzez rekonstrukcję wszystkich śladów (full-scan) w HLT
• Filtr niezależny od efektu pile-up
[GeV]T
p3 4 5 6 7 8 10 20 30 40 210
Effic
ienc
y
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1
= 7 TeVsData 2011 |<1.05
µη|
ATLAS Preliminary
L1_MU10 (2-station coincidence)
L1_MU11 (3-station coincidence)
[GeV]µµm1 10 210
Entri
es /
50 M
eV
210
310
410
510
610
710 TriggerEF_2mu4_DiMuEF_2mu4_JpsimumuEF_2mu4_BmumuEF_2mu4_UpsimumuEF_mu4mu6_JpsimumuEF_mu4mu6_BmumuEF_mu4mu6_UpsimumuEF_mu20
Z
ρ/ω φ
ψJ/
(2S)ψ(1S)Υ
(2S)Υ(3S)Υ
-1 L dt ~ 2.3 fb∫ = 7 TeV s
ATLAS Preliminary
[GeV/c]T
Muon p0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
L1_
MU
15 e
ffici
ency
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2ATLAS Preliminary -1 L dt = 54.8 pb∫=13 TeV, s
| < 1.9η, 1.3 < |µµ→Z
L1_MU15 w/o FI coincidence
L1_MU15 w/ FI coincidence
[GeV]T
Muon p0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Rat
io
0.860.880.9
0.920.940.960.98
1
[GeV]T
Muon p0 20 40 60 80 100 120 140 160
Effic
ienc
y
00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1ATLAS -1 L dt = 20.3 fb∫ = 8 TeV, s
|<1.05η, mu24i OR mu36, |µµ →Z
DataMC
[GeV]T
Muon p0 20 40 60 80 100 120 140 160
Dat
a / M
C0.9
0.951
1.051.1
20 22 24 26 28 3000.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1
]-1s-2 cm33Inst. Lumi. [103 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5
Rat
e [H
z]
0
10
20
30
40
50
60
70
80ATLAS Trigger Operations
= 8 TeVsData 2012,
mu24imu36
mu40_SA_barrel
2mu13
mu18_mu8_FS
3mu6
p-p 20122015 - dodana koincydencja redukująca tło
29
Filtr na hadrony 𝜏• Rozpady W/Z, H-> 𝜏𝜏, BSM
• 65% rozpadów 𝜏 na piony (pozostałe z e i μ)
• sygnatura w detektorze - skolimowany klaster z 1 (1-prong) lub 3 śladami (3-prong)
• rekonstrukcja i identyfikacja klastra EM+HAD na podstawie kształtu kaskady
• rekonstrukcja śladów w relatywnie dużym obszarze - optymalizacja min. pT, rekonstrukcja dwustopniowa
• ze względu na duże podobieństwo “dżetu”- 𝜏 z “dżetem”-qg, selekcja wykonywana za pomocą technik analizy wielowymiarowej (np. BDT)
τq,g
]-1s-2cm30Instantaneous luminosity [101000 1500 2000 2500 3000
EF o
utpu
t rat
e [H
z]
2
4
6
8
10
12
EF_tau29T_medium1_tau20T_medium1EF_tau29T_medium_xe35_3L1J10EF_tau20_medium_e15vh_mediumEF_tau20_medium_mu15EF_tau125_medium1
ATLAS Trigger OperationsData 2011
1317 colliding bunches
Sygnatura nie “odporna” na efekt pile-up
Track multiplicity0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Arbi
trary
uni
ts
-410
-310
-210
-110
1
ATLAS Simulation MCττ→Z
Di-jet MCMulti−prong
Track multiplicity0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Arbi
trary
uni
ts
-510
-410
-310
-210
-110
1
ATLAS Simulation MCττ→Z
Di-jet MCOne−prong
Signal efficiency0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Back
grou
nd re
ject
ion
210
310
410
LLH
BDTmulti-prong
ATLAS Simulation
med
ium
targ
et e
ff.
30
[GeV]T
Offline jet E20 30 40 50 60 100 200 300
Effic
ienc
y [%
]
0
20
40
60
80
100ATLAS Preliminary
Data 2011 - L1_J10, J15, J30, J50, J75
Herwig
Pythia
|<2.8jetη=7TeV |s
[GeV]TOffline Jet E0 20 40 60 80 100 120 140
Effic
ienc
y
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Centrality0-10%10-20%20-40%40-60%60-100%
R=0.2Tanti-k thresholdT20 GeV E
ATLAS Preliminary= 2.76 TeVNNsPb+Pb
Filtr dżetów QCD• Dane dla studiów QCD
• Filtr inkluzywny łatwy w implementacji
• Bardzo wysoki próg 400 GeV w 2016
• niższe E dżetu+inne sygnatury
• Bardziej złożone sygnatury: wiele dżetów, L1 - niewydajne z powodu ograniczonej granulacji —> można to naprawić w HLT
• Dla Pb-Pb energia poprawiana podobnie jak dla fotonów
• Od 2015 dla dżetów wykonuje się “analizę” bez pełnych przypadków
[GeV]T
jet EthOffline 60 50 100
Effic
ienc
y
0
0.5
1
L1 6j10L2FS 6j10
ATLAS preliminaryData 2012 6 offline jets≥
R=0.4Tanti-k<2.8jetη
[GeV]T
Offline jet E30 40 50 60 70 100 200 300
Effic
ienc
y [%
]
0
20
40
60
80
100ATLAS Preliminary
Data 2011 - L2_j25, j35, j50, j70, j95
Herwig
Pythia
|<2.8jetη=7TeV |s
[GeV]T
Leading jet p210×2 210×3 210×4 310
Num
ber o
f Jet
s / [
GeV
]
1
10
210
310
410 Data Scouting jets
HLT jets selected by any single jet trigger
PreliminaryATLAS-1 = 13 TeV, 6.25 pbs
2015 Data: Single Run
31
b-jet efficiency [%]40 50 60 70 80 90 100
Ligh
t jet
reje
ctio
n
1
10
210
310
410
ATLAS Preliminary- simulationtt
s = 13 TeV
> 55 GeV, |T
Jet p | < 2.5η
(offline algorithms)MV2c20
(online algorithms)IP3D+SV1
points (IP3D+SV1)2012 operating
superRoI
split to RoI tracking
in RoI
+vertexing ET cut b−tag
jet35
tracking
+ vertexingAll Det RoI jet reco jet hypo
Filtr dżetów z kwarku b• Rozpady t, HH->4b,…
• Po rekonstrukcji klastra złożony proces oznaczania “zapachu”
• ślad będący mionem
• dla celów kalibracyjnych
• w pomiarach na danych Pb-Pb
• ślady pochodzące z wtórnego wierzchołka
• w przeciwieństwie do rekonstrukcji offline dokładna identyfikacja wierzchołka jest wyzwaniem obliczeniowym i logistycznym
• Duże podobieństwo z tłem -> techniki MVA
axis
PVIP
SV
Jet
Signed transverse IP significance-10 -5 0 5 10
Entri
es
1
10
210
310
410ATLAS Preliminary
=7TeVsb-jetc-jetlight jetData 2011
[GeV]T
Offline jet p0 50 100 150 200 250 300
310×
Entri
es
110
210
310
410
510
610
710
810
910mu4 and j10mu4 and L1_J10mu4 and L1_J20mu4 and L1_J30mu4 and L1_J50mu4 and L1_J75mu4 and L1_J135
ATLAS Preliminary=7TeVs
100 200 300
32
Filtr neutrinowy• Procesy EW, “nowa fizyka”
np. WIMP
• Obserwabla: brakujący pęd transwersalny -> w systemie wyzwalania brakująca energia
• Bardzo niepożądana wrażliwość na efekt pile-up
• Bezustanne prace and usprawnieniem
• W przyszłości użyte będą ślady
[GeV, EM scale]missT
EOffline0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Effi
cien
cy
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
candidatesνµ →W
from MCνµ →W
ATLAS
[GeV, EM scale]missT
EOffline0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Effic
ienc
y
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
candidatesνµ →W
from MCνµ →W
ATLAS
]-1 s-2 cm30Luminosity [10
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Rat
e [H
z]
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
L1_XE25
ATLAS
[GeV]missT
EOffline0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
[GeV
]m
iss
T
EEF
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200 2Ev
ents
/ (3
GeV
)
1
10
210
310
410
510ATLAS
= 0.6-3.8 p-p coll/BCµ
[GeV]missT
EOffline0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
[GeV
]m
iss
T
EL1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200 2Ev
ents
/ (3
GeV
)
1
10
210
310
410
510ATLAS
= 0.6-3.8 p-p coll/BCµ
2010
33
Przebudowa systemu wyzwalania
• Po roku 2023 LHC —> HL LHC • ECM ↗ L ↗ ⇒ częstość ↗, wzmocniony efekt nakładania
• Detektor ATLAS częściowo przebudowany w tym system wyzwalania • L1: 0.4 MHz (z 0.1 MHz obecnie), HLT: 10 kHz (z 1 kHz)
• rozważana opcja L1: 1 MHz • Farma HLT nie może być powiększona (ograniczenie dostępnej mocy elektrycznej) • Wymagane będą jeszcze szybsze algorytmy (kombinatoryka), finalna selektywność
jak po użyciu algorytmów “offline” • Trwają prace nad przebudową sterowania HLT (do 2020), dalsze usprawnienia do 2027 ->
projekt pochłonie ~250 FTE • Techniki MVA i głębokiego uczenia (Deep Learning) • Obliczenia wspomagane akceleratorami sprzętowymi (karty graficzne GPU, FPGA,
systemy pamięci adresowanej zawartością - CAM) • Wielowątkowość, lepsze wykorzystanie nowoczesnych architektur procesorów
• 21-23 lutego 2017 - mini. konferencja na naszym wydziale
Bez przebudowy spada akceptancja dla wielu kanałów: spada zdolność
pomiarowa eksperymentu
34
Podsumowanie• Eksperyment fiz. wysokiej energii nie istnieje bez systemu
wyzwalania. To tu zaczyna się fizyka!
• W ATLASie system złożony z części sprzętowej i programowej
• System sprawdzi(ł) się podczas zbierania danych 2010-2019
• Po modernizacji LHC wyższa świetlność i energia. Jeszcze trudniejsze wyzwania dla systemu wyzwalaniabe !
• Przebudowa systemu HLT w trakcie planowania