Test, Software, Calibración... la cuenta atrás de ATLAS

1. Test, Software, Calibración... la cuenta atrás de ATLAS Belén Salvachúa Grupo TileCal - ATLAS IFIC (CSIC - Universidad de Valencia) Beca CSIC – Bancaixa (1er año) Beca FPU del Ministerio (actualmente) 24 Marzo 2004 IX JORNADAS AMBIENTALES Facultad de Ciencias (Universidad de Salamanca)

2. Introducción a ATLAS • Detector interno de trazas: • - Pixel: • 3 barriles centrales • 3 x 2 discos laterales • - SCT: • 4 barriles centrales • 9 x 2 discos laterales • - TRT: • 3 barriles centrales • 3 x 2 ruedas • Calorímetros: • - Electromagnético (LAr): • 1 barril • 1 x 2 barriles extendidos • - Hadrónico: • 1 barril de tejas centelladoras • 1 x 2 barriles extendidos de tejas centelladoras • 1 x 2 tapones de argón líquido • Cámaras de muones: • - “Trigger”: • RPC • TGC • - Medidas de precisión • MDT • CSC Dimensiones: 44m de ancho 22m de alto 7000t de peso 24/03/2004

3. Introducción a ATLAS 24/03/2004

4. Introducción a TileCal Teja centelladora Módulo de TileCal Vista de las fibras Cada módulo está compuesto por capas y filas alternadas de hierro (para frenar las partículas) y plástico centellador (para medir la energía depositada por las partículas al atravesarlo) La luz generada en los centelladores es recogida y guiada por medio de fibras ópticas a unos conversores de luz en señal eléctrica (fotomultiplicadores, PMT) Simulación del Calorímetro Hadrónico de Tejas TileCal está compuesto por 3 barriles, uno central y del doble de tamaño que los dos extendidos. Cada barril esta dividido azimutalmente en 64 módulos. ~ 10.000 fotomultiplicadores (1.750 fueron testados en el IFIC- Valencia) 24/03/2004

5. Instrumentación de los módulos • Durante la instrumentación de los módulos se realizan diferentes controles de calidad: • Preparación del módulo • Inspección de las tejas • Verificación de la longitud de las fibras y su clasificación • Verificación del recorrido de las fibras con una fuente de luz • Comprobación del estado de las fibras • Inspección del final de las fibras • Control de calidad óptico y certificación Módulo de TileCal 24/03/2004

6. Test de las fibras Un sistema hidráulico es el responsable del movimiento del LED a través de todas las tejas. El LED se encuentra en el interior de un tubo metálico con una ventana de unos 3mm. El LED azul simula la luz UV generada por el centellador que es absorbida por la fibras. Con este sistema se puede discernir entre: - Fallos en el tintado de las tejas - Fallos en las fibras - Fallos en el acoplamiento fibra - centellador Maquina responsable del movimiento del LED Ventana ~ 3mm Movimiento del LED Tejas centelladoras LED azul Hierro 24/03/2004

7. Luz Fibra Líquida LED Diodo Filtro Test de los fotomultiplicadores de TileCal 7 bancos de bancos de test idénticos repartidos en diferentes instituciones colaboradoras: - Arlington (Texas) - Clermont-Ferrand (Francia) - Dubna (Rusia) - Lisbon (Portugal) - Pisa (Italia) - Urbana-Champaign (USA) - Valencia (España) Foto multiplicador (PMT) Banco de test para los fotomultiplicadores Esquema del banco test El control y la adquisición de datos está contralo por un software basado en Labview, de National Instruments, desarrollado en Valencia en colaboración con Clermont-Ferrand • Dos modos de test: • Luz continua • Luz pulsada Se miden características del PMT tales como: Linealidad, Eficiencia cuántica, Ganancia, Corriente Oscura … Panel de Control 24/03/2004

8. ¿Por qué calibrar? Para conocer la relación entre la energía depositada por las partículas y la señal eléctrica que se obtiene del calorímetro. Sistema de Calibración de TileCal • Fuente radioactiva de Cesio - 137 • Láser • Inyección de Carga 24/03/2004

9. PMT fibras voltaje tiempo El área de esta señal es proporcional a la luz emitida por la teja centelladora que es proporcional a la energía depositada por la partícula al atravesar el material centellador. Sistema de Calibración de TileCal Teja centelladora 24/03/2004

10. Tejas centelladoras Fibras Fuente de Cs137 Calibración con Cs137 El Cs137 emite radiación gamma de: E = 0.662MeV Una cápsula de Cs137, de 5mCi de actividad, atraviesa todas las tejas, movida por un sistema hidráulico. Esta fuente excita el material centellador de la misma forma que lo hacen las partículas del LHC. Con la ventaja de que conocemos la energía depositada. • La calidad y uniformidad de la respuesta del calorímetro • La intercalibración de las celdas de lectura • La variación de la respuesta a lo largo del tiempo ¿Qué queremos estudiar? 24/03/2004

11. Fibras de los centelladores Fibras para rellenar huecos (dummy) Instertar PMT Fibras de calibración ¿Qué queremos estudiar? • Ganancias del fotomultiplicador • Linealidad del fotomultiplicador Calibración con Láser En una caja alejada del detector hay un LÁSER que manda luz a través de unas fibras líquidas que van a un conector que distribuye la luz a cada PMT. El conector también monitoriza y varia la intensidad de la luz. 24/03/2004

12. GANANCIA X 1 PMT SHAPER ADC GANANCIA X 64 INYECCIÓN DE CARGA Calibración por inyección de carga La señal del fotomultiplicador atraviesa un circuito que modifica la forma del pulso eléctrico ensanchándola, después esta señal es dividida en dos, la primera va directamente a un conversor de señal analógica a digital (ADC) y la segunda para por un circuito amplificador antes de ser muestreada. Para la calibración con carga se genera un pulso por la descarga de un condensador. Este pulso simula el pulso del PMT con la ventaja de que podemos calcular la relación entre carga inyectada y cuentas de ADC. 24/03/2004

13. muones electrones proton piones blanco Energias ~ 1 – 350 GeV H8 SPS Test con haz de TileCal 24/03/2004

14. Típico hombre TileCal Test con haz de TileCal Panel con centelladores para detectar muones 2 Barriles extendidos 1 Barril central Módulo 0 Línea del haz Mesa rotatoria Para cambiar el ángulo de incidencia del haz 24/03/2004

15. “Commissioning” de TileCal Muones atmosféricos • El sistema más grande probado se constituía de 4 módulos. • Un barril tiene 64 módulos. • Necesario un paso intermedio Ventajas de los muones: • No se depende de la disponibilidad del haz • Se puede continuar en el pozo (92m bajo tierra) Simulación del calorímetro hadrónico de tejas 24/03/2004

16. “Commissioning” de TileCal Primera fase: Montaje en la superficie Segunda fase: Montaje en el pozo (92m profundidad) Calorímetro hadrónico de tejas Configuración final: 16 + 16 módulos 24/03/2004

17. Test de haz combinado 24/03/2004

18. Test de haz combinado • Motivaciones: • Conocer como integrar muchos detectores • ENTENDER/COMPROBAR las simulaciones • Identificar problemas y posibles soluciones antes de la integración final • Probar la electrónica final del ATLAS • Probar el software final de ATLAS (simulación, análisis, control …) • Medidas: • Resolución, linealidad y uniformidad vs el ángulo de incidencia y la energía del haz • Relación entre la señal depositada por electrones y hadrones • Medidas calorimétricas con los detectores de trazas y el TRT (para bajas energías) 24/03/2004

19. Test de haz combinado (top) 24/03/2004

20. Software Online • Lo que hace … • CONFIGURAR, CONTROLAR y MONITORIZAR el sistema de “trigger” y adquisición de datos • Hace de MEDIO entre: • Detectores • 1er nivel de “trigger” o selección • Flujo de datos • Sistema de control del detector Panel de inicio • Lo que NO hace … • PROCESADO y TRANSPORTE de los datos de física 24/03/2004

21. Software Online ¿Qué hay que configurar? • Base de datos para el hardware • Base de datos para el software ¿Qué nos proporciona este software? • Panel gráfico integrado para todos los detectores y subdetectores • Editores para configurar las bases de datos • Control de las comunicaciones 24/03/2004

22. PMT Señal digitalizada GANANCIA X 1 SHAPER ADC GANANCIA X 64 P P P 1 1 1 P P P 2 2 2 Hardware: RoD Read Out Driver RoD Intermediario entre: Electrónica de “front-end” y sistema general de adquisición. Adquisición general 24/03/2004

23. Hardware: RoD • Procesan ~ 10.000 canales cada 10s • Deben trabajar en tiempo real • Cada RoD tiene 4 unidades de procesado • Procesadores digitales (DSP) más potentes del mercado: Texas Instruments TMS320C6414@720MHz • Última tecnología en FPGAs: ALTERA APEX 20K (PU) ALTERA ACEX • Algoritmos de reconstrucción de la señal digital se estudian e implementan en los DSP FPGA:dispositivo lógico programable (PLD) con cientos de miles de celdas lógicas; en el cual se puede implementar la lógica digital a medida del diseñador. 24/03/2004

24. Instalación en el pozo El pozo o caverna del área experimental debe acomodar al detector ATLAS y permitir un fácil acceso para su instalación y mantenimiento durante el periodo de funcionamiento del detector. La caverna está situada en el punto 1 del túnel LEP/LHC. El pozo tiene el lugar justo para instalar ATLAS, dejando 2m de separación en cada lado y encima. Anchura ~ 26m Altura ~ 24,6m Longitud ~ 47m 24/03/2004