ATLAS Level 1 Trigger, Jet/Energiesummen-Module

1. ATLAS Level 1 Trigger, Jet/Energiesummen-Module LHC, ATLAS-Detektor Triggersystem Jet/Energiesummen-Modul (JEM) Testmessungen Zusammenfassung Stefan Rieke, Johannes Gutenberg-Universität, rieke@uni-mainz.de

2. Large Hadron Collider(LHC) Proton-Proton Speicherring am CERN/Genf Schwerpunktsenergie: Umfang Beschleuniger : Luminosität : Strahlkollisionsrate : Stefan Rieke Maria Laach September 2004

3. ATLAS-Detektor Muon Detectors Toroidal Magnets Solenoidal Magnet • Technische Daten: • Länge: 42m • Höhe: 22m • Gewicht: 7000t • Auslesekanäle: 108 Hadronic Calorimeters ElectromagneticCalorimeters Inner Detector Stefan Rieke Maria Laach September 2004

4. Bunch crossing rate: 40 MHz Physikalisch interessante Ereignisse im Vergleich zu Untergrund extrem klein: weniger als eines in 108 Ereignissen Wirkungsquerschnitte am LHC Stefan Rieke Maria Laach September 2004

5. ATLAS-Triggersystem • Level-1 (Hardware-Stufe) aufgeteilt in Myon- und Kalorimeter Trigger • Eingangsdaten Kalorimeter Trigger: Analoge Energiesummen aus den Kalorimetern in Dh× Dj = 0.1 × 0.1 • Triggerentscheidung innerhalb von maximal 2 µs  Hardware-Implementation • Ereignisrate muss von 40 MHz auf 75 kHz Triggerrate reduziert werden • Generierung des Level-1 Triggers (L1-Accept) mit Hilfe von physikalischen Signaturen (Cluster, Jets, Energie usw.) aus einem Ereignis • Koordinaten der jeweiligen Signaturen werden als „Region of Interest“ (ROI) an das Level-2 Trigger System weitergegeben • Level-2/3 (Software-Stufen), Rechnerfarmen <10 kHz ~300 MB/s Daten-Speicherung 1,5 MByte/Ereignis Stefan Rieke Maria Laach September 2004

6. Kalorimeter-Trigger-Übersicht Stefan Rieke Maria Laach September 2004

7. Jet/Energiesummen Prozessor TCM CMM JEM JEM JEM JEM JEM JEM JEM JEM JEM JEM JEM JEM JEM CMM JEM JEM JEM CPU1 CPU2 Jet Energy-sum • JEP • 2 Crates • 16xJEMs, 2xCMM, 1xTCM, 1xCPU • CMM Common Merger Modul: Sammelt die Daten von den 16 JEMs und leitet sie komprimiert weiter. • TCM Timing Control Modul: Steuert den zeitlichen Ablauf der Module im Crate und sendet Kommandos zu den Modulen im Crate (z.B.: L1A). Stefan Rieke Maria Laach September 2004

8. Zuordnung der Eingangskanäle j h Prozessierter Datenbereich: 11 × 7 (j×h) Z W H G Kerngröße: 8 × 4 (j ×h) F E Vom PPr duplizierte Bereiche D C Duplizierte Bereiche von benachbarten JEMs B A HCAL ECAL V HCAL ECAL 1 2 3 4 Stefan Rieke Maria Laach September 2004

9. Jet/Energiesummen-Modul (JEM) G-Link-Modul Eingangs-Module Sum-Prozessor Jet-Prozessor Backplane (2mm CompactPCI, 576 Pins) TTCdec CanController Flash Card Stefan Rieke Maria Laach September 2004

10. JEM, Datenpfad Eingangs-Prozessoren G-Link-Modul Sum-Prozessor RoI LVL2 88 LVDS Verbindung vom PPM DAQ Daten zum linken und rechtem JEM (165 Signale) Daten von benachbarten JEMs Jet-Prozessor Stefan Rieke Maria Laach September 2004

11. Tests • Standalone Tests in Mainz • Werden die Daten einwandfrei auf dem Modul verarbeitet? • Funktioniert die Kommunikation auf dem Modul zwischen den einzelnen Prozessoren? • Werden die prozessierten Daten richtig weitergeleitet (L2, TDAQ)? • Integrationstest am RAL • Funktioniert die Kommunikation der verschiedenen Module untereinander? • Läuft das JEM synchron zu den anderen Modulen • Werden die prozessierten Daten zu den anderen Modulen richtig weitergesendet? • Teststrahlmessungen am CERN • Wie verhält sich die Kalorimeter-L1-Triggerstufe unter realitätsnahen Bedingungen? Stefan Rieke Maria Laach September 2004

12. Ansteuerung des JEM via HDMC Status JEM Jeder FPGA kann einzeln programmiert werden. Statusanzeige aller FPGAs Laden verschiedener Konfigurationsdateien Stefan Rieke Maria Laach September 2004

13. Steuerung des JEM, ATLAS Online Software • Offizielle ATLAS Online Software (TDAQ). • Aufgaben der Online Software: • Konfigurieren • Kontrollieren • Überwachen von Sub-Komponenten • Über die Online Software laufen keine echten Physik-Daten. • Wir (Mainz) müssen ein Software Modul zur Verfügung stellen, mit dem auf das JEM zugegriffen werden kann. Stefan Rieke Maria Laach September 2004

14. Online Software Stefan Rieke Maria Laach September 2004

15. Mainz Teststand JEM CPU TCM Crate Rack Stefan Rieke Maria Laach September 2004

16. Tests in Mainz Playback filled via VME DSS JEM DSS • Daten können auf zwei Wege in das JEM gelangen: • Playback Memory • DSS Module (DataSinkSource) • Mit dem zweiten DSS-Module (links) wird die Stabilität der G-Link Verbindungen überprüft. Stefan Rieke Maria Laach September 2004

17. Tests am RAL CMM 2xJEM • Test des JEMs mit anderen Komponenten vom L1-Trigger. • Hier zwei Merger Module (CMM), die die Information der gefundenen Jets und der deponierten Energie im Kalorimeter sammeln. CMM Stefan Rieke Maria Laach September 2004

18. Teststrahlmessung • Idee der Teststrahlmessung: • Erfahrungen für die Inbetriebnahme des ATLAS-Detektors sammeln. • Testen und Verifizieren der Prototypen unter realitätsnahen Bedingungen. • Gemeinsame Auslese aller Subdetektorkomponenten. • Das erste und einzige Mal, das die L1-Kalorimeter-Triggerstufe im Teststrahl mit 40 MHz Ereignissrate getestet wird. • Erst am Ende der Teststrahlmessung wird die Massenproduktion der L1-Kalorimeter-Trigger Komponenten gestartet. Stefan Rieke Maria Laach September 2004

19. Teststrahlmessung TRT LArCryostat Tilcealmodules Pixels & SCT Muon chambers Stefan Rieke Maria Laach September 2004

20. Teststrahlmessaufbau Stefan Rieke Maria Laach September 2004

21. Zusammenfassung • Das JEM ist eine sehr wichtige Komponente des ATLAS Experimentes mit vollgender Aufgabe: • Auffinden von Jets • Bestimmung von ET • Eigenschaften des JEMs: • Analysieren der Daten ohne Totzeit • Die Daten werden rein Digital verarbeitet. • Aufwendige Tests während der Entwicklung sind nötig, um eine einwandfreie Integration des JEMs in den L1-Kalorimeter-Trigger zu gewährleisten. • Wenn die Teststrahlmessungen im Sept. Okt. Erfolgreich sind: • Vergleich der gemessenen Daten mit Monte-Carlo-Studien. Stefan Rieke Maria Laach September 2004