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Projekt CMS-Trigger

Projekt CMS-Trigger. Physikalische Zielsetzungen von CMS. Standardmodell-Physik QCD, elektroschwache Theorie (Higgs, W, Z, Top, Jets, …) Supersymmetrie SUSY-Higgsbosonen, andere supersymmetrische Teilchen, ... Andere Erweiterungen des Standardmodells

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Projekt CMS-Trigger

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Presentation Transcript

  1. Projekt CMS-Trigger

  2. Physikalische Zielsetzungen von CMS Standardmodell-Physik QCD, elektroschwache Theorie (Higgs, W, Z, Top, Jets, …) Supersymmetrie SUSY-Higgsbosonen, andere supersymmetrische Teilchen, ... Andere Erweiterungen des Standardmodells Compositeness, Technicolor, Leptoquarks, neue schwere Vektorbosonen, ... B-Physik CP-Verletzung, B0-B0 Oszillationen, seltene B-Zerfälle, ... Schwerionenphysik Quark-Gluon-Plasma Physik bei kleinen Winkeln stotal, elastische Streuung, Diffraktion Neue Phänomene

  3. CMS-Detektor

  4. Wirkungsquerschnitte für verschiedene Prozesse variieren über viele Größenordnungen • inelastisch: 109 Hz • W -> lv: 100 Hz • tt: 10 Hz • Higgs (100 GeV): 0,1 Hz • Higgs (600 GeV): 0,01 Hz • Erforderliche Selektivität • 1 : 10 10- 11 Wirkungsquerschnitte -

  5. Trigger Levels in CMS Level-1 Trigger Makrogranulare Information aus Kalorimetern und Müonsystem (e, m, Jets, ETmissing) Schwellwert- und Topologiebedingungen möglich Entscheidungszeit: 3,2 ms Eingangsrate: 40 MHz Ausgangsrate: bis zu 100 kHz Speziell entwickelte Elektronik High Level Trigger (mehrere Stufen) Genauere Informationen aus Kalorimetern, Müonsystem und Tracker Schwellwert-, Topologie-, Massenbedingungen u.a. sowie Vergleiche mit anderen Detektoren möglich Entscheidungszeit: bis zu einigen ms Eingangsrate: bis zu 100 kHz Ausgangsrate (Datenakquisition): ca. 100 Hz Industrielle Prozessoren und Switching-Netzwerk

  6. Level-1 Trigger

  7. Regionaler Drift-Tube Müontrigger • Track Finder Processor • Pipeline-Logik (kein sequentieller • Prozessor) • Jede Pipeline-Stufe führt einen • Prozeßschritt durch • Arbeitet mit 40MHz • (Strahlkreuzungsfrequenz des LHC) • Implementierung mit FPGA’s

  8. Sector Receiver Unit Extrapolator Unit Linker Unit Parameter Assignment Unit TS Regionaler Drift-Tube Müontrigger • Die lokale Triggerelektronik jeder Müonstation liefert 2 Spursegmente, die gegeben sind durch: • Ortswinkel f (12 bit) • Ablenkwinkel fb (10 bit) • Segmentqualität (3 bit) • Track Finder Processor • sucht zu einer Müonspur • gehörendende Spursegmente • eliminiert Spurkandidaten mit • niedrigerer Qualität • weist Spuren physikalische • Parameter zu (pT, Winkel) • übergibt die 2 besten Spuren an • die Sortierstufe (Wedge Sorter)

  9. TRACK FINDER PROCESSOR CONTROLLER JTAG CONTR. CONFIGURATION CONF. EPC8 PLD1K100FC_484 Connector 68p I / O NEIGHBOURS EXTRAPOLATOR A INREC_OP Connector. 3*32 Theta for Matching PLD 20K300E_672 Connector 68p INREC_N Connector 5*22 PLD20K400E_672 CONF. EPC8 LINKER CONF. EPC2 PLD1K50FC_484 EXTRAPOLATOR B Connector 68p 2 Track Addresses for faster Sorting Connector 5*25 Connector 69p INREC_WZ_WL PLD20K300E_672 CONF. EPC2 PLD1K50FC_484 Connector 68p PARASS_A PLD20K400E_672 Con.5*11 Connector 69p INREC_WZ_WR PIPE_SEL_1 CONF. EPC2 PLD1K50FC_484 Connector 5*25 PLD20K300E_672 CONF. EPC8 CONF. EPC2 PLD1K100FC_484 Connector 68p INREC_WZ_ZL PARASS_B Connector 69p PIPE_SEL_2 CONF. EPC2 PLD1K50FC_484 CONF. EPC2 PLD1K100FC_484 PLD20K300E_672 Connector 68p Connector 5*22 INREC_WZ_ZR Connector 69p PIPE_SEL_3 2 TS with parameters CONF. EPC2 CONF. EPC2 PLD1K50FC_484 PLD1K100FC_484

  10. h Track Finder (rz-Projektion) • Spuren bilden vom Kollisionspunkt ausgehende gerade Linien. • Eigenständiges Track Finding durch • Mustervergleiche • Berechnungdes h Wertes • Matching mit den (r/j)-Spuren

  11. Track Finder Crate Sektorprozessor-Prototyp

  12. 4m DT 4m CSC 8m RPC Matching, Paarsuche Rangbestimmung Parameterkombination Selektion (Unterdrückung von “Ghosts”) Sortieren (Zentralbereich) Matching, Paarsuche Rangbestimmung Parameterkombination Selektion (Unterdrückung von “Ghosts”) Sortieren (Vorwärtsbereich) • Output:8 bit f, 6 bit h, 5 bit pT, 1 bit charge, 3 bit quality,1 bit MIP, 1 bit Isolation Endsortierstufe Besten 4 m von CMS zum Globalen Trigger Globaler Müontrigger

  13. Platine des globalen Müontriggers Logikdesign für FPGA‘s abgeschlossen, VHDL-Simulation begonnen

  14. Effizienz des globalen Müontriggers hgen Gesamteffizienz = 96.9 % Gute Effizienz ohne Überschreitung von Ratenvorgaben erreicht.

  15. Globaler Trigger Für die Physikdatennahme verwendet der globale Trigger nur Information der Kalorimeter und des Müonsystems. Sie besteht aus speziellen makrogranularen Triggerdaten. Die volle Information steht erst dem Higher Level Trigger zur Verfügung. Spezielle Signale von allen Subsystemen können für Kalibrations-, Synchronisations- und Prüfzwecke verwendet werden (technische Trigger). Das TTC-System ist ein optisches Verteilernetzwerk, das zur Übertragung des Level-1-Accept- Signals (L1A) und von Zeitinformation (LHC clock etc.) zwischen dem Trigger und der Detektorelektronik dient. Das Trigger Control System steuert die Ausgabe von L1A-Signalen und “Bunch Crossing Zero” sowie “Bunch Counter Reset” Befehlen. Die Möglichkeit der Reduzierung der Triggerrate im Fall von imminenter Speicherüberbelegung ist vorgesehen. Der “Event Manager” steuert den High Level Trigger und die Datenakquisition.

  16. PSB (Pipeline Synchronising Buffer) Inputsynchronisation GTL (Global Trigger Logic) Logik FDL (Final Decision Logic) L1A-Entscheidung TIM Timing GTFE (Global Trigger Frontend) Readout Module des globalen Triggers

  17. Prototyp eines PSB-Synchronisationsmoduls 6 Eingangskanäle, 1 Synchronisationschip für je 2 Kanäle

  18. Crate des globalen Triggers

  19. Algorithmenlogik (GTL-Platine)

  20. Objektbedingungen Objektbedingungen sind: ET oder pT Schwellen, h/f-Fenster, Bitmuster für Isolation, Qualität, Ladung und räumliche Korrelationen (Dh, Df) zwischen Objekten. Sie werden in den Condition Chips berechnet. Objektbedingung für 2 gegenüber liegende isolierte Elektronen Objektbedingung für 2 gegenüber liegende isolierte Müonen mit gesetzten MIP-Bits

  21. Algorithm AND-OR

  22. Beispiel eines 2-Lepton-Triggers mit gegenüber liegenden Leptonen in f

  23. Trigger Control System Grundlegendes Konzept erarbeitet, endgültiges Design noch im Fluß, da starke Wechselwirkung mit den anderen Subsystemen notwendig. Wichtigste Punkte des Konzepts: Zentrale Steuerung Ablauf von Physikdatennahme, Kalibration und Tests wird zentral gesteuert. Wesentliche Mitarbeit in Calibration Control Working Group. Partitionierung Teile können parallel und unabhängig voneinander sowie in Gruppen laufen. Das Auslesesystem ist eine eigene Partition. Sogar verschiedende Physiktrigger können parallel laufen. Trigger Throttle System Kontrolle über die Sequenz von Level-1-Accept-Signalen durch an Subsysteme angepaßte Triggerregeln.

  24. Elektroniklayout

  25. Triggersimulation und Müonrekonstruktion • Simulation + Rekonstruktion: • Detaillierte Detektorsimulation • Präzise Simulation (auf Bit-Level) der Triggerelektronik des Level-1 • Müonrekonstruktion und -selektion (High Level Trigger) • Level-2:verwendet nur Müonkammern (Stand-alone Rekonstruktion) • Level-3:inkludiert Trackerinformation (benützt also Müonkammern, Kalorimeter und Tracker) • Aktivitäten: • Berechnung von Triggerraten (Level-1, Level-2, Level-3) • Effizienzstudien für interessante Signale (Higgs, SUSY, etc.) • Bereitstellung von realistischen “Triggertabellen” für niedrige und hohe Luminositäten • Kombination von Schwellen, Raten und Effizienzen

  26. Inklusive Müonrate Rate bis 5 GeV/c wird dominiert durch K/p-Zerfälle, zwischen 5 und 25 GeV/c durch c- und b-Quark-Zerfälle

  27. Level-1 Level-2 Level-3 Müonimpulsauflösung im Trigger Auflösung in 1/pT

  28. Müontriggerraten

  29. Müonen im Level-3 Mit der Auflösung des Level-3: Rate kommt ~ von prompten Müonen • Für eine Schwelle von 20 GeV/c: • Rate hauptsächlich von (b/c) (~100 Hz) • W/Z-Rate: 15 Hz für pT > 20 GeV/c

  30. Supersymmetriestudien Beispiel: Massenbestimmung mit Hilfe von Dileptonspektren

  31. Dileptonstruktur in mSUGRA

  32. CCD-Kameras Müonkammern Alignmentsystem LED-Halterungen wurden entworfen und Prototypen hergestellt. Industrielle Fertigung von 1000 Stück erfolgte in Österreich.

  33. Publikationen und Webseiten • Information über Aktivitäten der CMS-Triggergruppe: http://wwwhephy.oeaw.ac.at/p3w/cms/trigger/ • Folgende Arbeiten wurden in den Jahren 1999-2001 in referenzierten Journalen veröfffentlicht (ohne Beiträge zu Konferenzen, Schulen und wissenschaftlichen Zeitschriften): • D. Denegri, W. Majerotto, L. Rurua: “Constraining the Minimal Supergravity • Model parameter tanb by measuring the dilepton mass distribution at LHC”, • hep-ph/9901231, Phys. Rev. D60:035008 (1999) • N. Neumeister: “CMS high-level triggering”, Nucl. Instr. Meth. A462 (2001) 254 • C.-E. Wulz: “Concept of the First Level Global Trigger for the CMS Experiment at • LHC”, Nucl. Instr. Meth. A473/3 (2001) 231 • A. Taurok, H. Bergauer, M. Padrta: “Implementation and Synchronization of the • First Level Global Trigger for the CMS Experiment at LHC”, • Nucl. Instr. Meth. A473/3 (2001) 243 • M. Brugger, M. Fierro, C.-E. Wulz: “Drift Tube Based Pseudorapidity Assignment • of the Level-1 Muon Trigger for the CMS Experiment at CERN“, • CMS Note2001/027(2001), im Druck bei Nucl. Instr. Meth. A

  34. Die CMS-Triggergruppe hat die alleinige Verantwortung für den regionalen Drift-Tube Trigger, den globalen Müontrigger und den globalen Trigger, inklusive Teile des Trigger Control Systems. In der CMS-Triggerführungsstruktur stellt sie den “Global Trigger Coordinator”. • Die CMS-Triggergruppe führt parallel zu Konzeption und Bau der Hardwareentwicklung auch die Entwicklung der entsprechenden Simulations-, Prüf- und und Betriebssoftware durch. Die Koordination der gesamten Level-1-Simulationssoftware obliegt ebenfalls der Gruppe. • Die CMS-Triggergruppe beteiligt sich an Physiksimulationsstudien mit dem Schwerpunkt Supersymmetrie. • Zur CMS-Triggergruppe gehören zur Zeit die wissenschaftlichen Mitarbeiter J. Erö, M. Fierro, A. Jeitler (Werkvertrag), N. Neumeister, P. Porth, H. Rohringer, L. Rurua, H. Sakulin (CERN-Dissertant), A. Taurok, C.-E. Wulz und die Techniker (geteilt mit anderen Aktivitäten) H. Bergauer, Ch. Deldicque, K. Kastner und M. Padrta. Zusammenfassung

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