16/11/2004tommaso boccali i primi 10 8 trigger di cms tommaso boccali scuola normale superiore pisa...

16/11/2004 Tommaso Boccali

I primi 108 trigger di CMS

Tommaso BoccaliScuola Normale Superiore

PisaPer CMS

16/11/2004 Tommaso Boccali 2

Outline

Definizione della scala temporale Cosa sarà fisicamente presente in UX5 il

giorno del primo fascio? Stato di precalibrazione raggiunto Trigger nel primo periodo

Che dati saranno? Cosa fare di questi dati?

Dove metterli, come gestirli…? Cosa impararci? Fisica?


Definizioni

Richiesta: L=1031 cm-2s-1, con 108 eventi su tape, crossing a 75 ns se 25 ns cambia poco, a parità di luminosità

Per CMS, questo vuole dire: DAQ completa:

20XX: 100 kHz di uscita dal L1 (8 slice operative) 2007: solo 1 slice, quindi 12.5kHz uscita degli HLT a 100 Hz, salvati per l’offline

108 eventi a 100 Hz: 1x106 secondi, 15 giorni effettivi di presa dati

L=1031 cm-2s-1 per 106 secondi fa 10 pb-1 di luminosità da LHC


Schedule (ultima versione)

• US and UX area delivered to CMS May 04, Oct 04 + 1mo• Magnet test on surface Aug 05• “Ready for crates in USC” Jul 05 • Start Lowering CMS Dec 05• ECAL barrel EB+ installation Dec 05• ECAL: last EB- installation & cabling Nov 06• Tracker installation + cabling start Aug 06• Beampipe Installation Jan 07 • Det/Trig/DAQ Integration and Commissioning Oct 06-May07* Aug 06- ?• CMS ‘Working Detector’ ready to close for beam Apr 07• CMS closed for beam : from mid May 07 *

After Shutdown• Pixel Tracker Nov 07 (rfi Jul 07)• EE/SE installation Nov 07 ( + end rfi May 07)

‘ready for installation’ milestones 3 mo ahead of installation start date (ex EB- and EE-)

* from pre-beam machine ‘shakedown’ (see talk of R.Bailey)

1 Agosto 2007: primo fascio

seguo la schedule ufficiale, considerando eventuali

modifiche una traslazione di questa nel tempo


Cosa sarà nel pozzo?

Implicazioni della schedule: Se l’efficienza congiunta CMS+LHC è minore del 30%,

l’acquisizione di 108 eventi non sarà conclusa fra agosto e novembre

Quindi alcuni di questi potrebbero essere presi anche con i pixel e l’ECAL endcap in posizione

Assumo di no….

Cosa sarà comunque presente nel pozzo:


Tracker Tutte le strip (inner +

outer) barrel/endcap Nessun pixel Numero di detector

“buoni”: In principio tutti (15148) Numero di strip morte

inferiore al 2% e già note e salvate in un database

Fisiologico… In pratica l’assemblaggio

degli endcap di Tracker è in ritardo, per cui potrebbe esserci un’ulteriore percentuale di detector non ben debuggati (10%?)

Commissioning fatto durante la costruzione Inner Tracker + Outer

Disks = a -20ºC Outer Barrel a

temperatura ambiente Alcune parti (Outer/Inner

Barrel) controllate con i cosmici in laboratorio Cosmic rack

In generale, tutti i profili di rumore salvati su database

Test di readout fatto su singoli control loop, ma tutti detector controllati


ECAL

Barrel ok

Endcap solamente dopo novembre

2 EB half-barrels Each of 18 SuperModules 1700 crystals per SM Laser monitoring system 5kW of electronics per SM HV stable at ~10-4 PbWO4 APD temp. coeff. want temp. stability ~0.1C Ultimate goal of <1% σ(E)/E


HCAL HCAL

Endcap completamente costruito e pretestato in superficie (ongoing now)

Barrel costruito in superficie, ma cablato nel pozzo (deve essere nel magnete)

Outer costruito in superficie, ma cablato nel pozzo

DAQ in locale funzionerà appena nel pozzo commissioning

Allineamento iniziale fatto con fotogrammetria (1-2 mm)

Calibrazione relativa in tempo fatta con fibre calibrate in lunghezza Mancherà la calibrazione

globale rispetto al trigger, ma per questa servono i dati

All’accensione test di funzionamento globale, è possibile anche senza fasci, con cosmici o laser


Muoni - DT

In superficie: data taking in self triggering mode per avere la mappa dei canali noisy e una prima sincronizzazione in tempo non fine

Nel pozzo: commissioning appena arriva il cooling; timing del trigger di L1 Nulla di più di quello che si

possa fare in superficie…


Muoni – CSC/RPC RPC Camere presenti solo

fino eta < 1.6 Limitazione su trigger L1

Superficie: DAQ local con i FED per

misurare inefficienze

Nel pozzo: Ancora local DAQ Sistema permanente con

cromatografo usato per monitorare performance vs condizioni del gas

CSC Elettronica presente solo

fino a eta 2.1 (invece di 2.4)

Test di camere, elettronica, cavi e servizi fatta

a Dubna dopo la consegna al

CERN, in SX5 in DAQ locale


DAQ

DAQ Staged, 12.5 kHz dal livello 1, 100 Hz su

tape ~150 MB/s su disco

Alcune calibrazioni possono essere fatte con una DAQ locale (tipo test beam), ma per molte altre è necessaria una DAQ globale:

Tipicamente: locale quello che richiede un singolo sub-detector

Globale: allineamento temporale tracker-muoni


Magnete Magnet test a partire

dall’agosto 2005 in superficie Ramp down a 4.2K ~ 1 mese,

seguiti da 2 mesi di commissioning e da 1.5 mesi di mappatura del campo

Richieste: 1% risoluzione Pt per 100 GeV

B/B~0.1%-0.5% (tracker volume)

(circa 1% uniforme per costruzione)

B/B~0.4% calorimetri B/B~1% muoni

Come: Sonde di Hall + NMR Numero punti da sondare è

soggetto di studi ora

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

0 60 120 180 240 300time (min)

Ramp Up

Ramp Down with Power Converter

Slow Discharge

Fast Discharge

Current (A)

Intervention


Prima del fascio - Tracker Allineamento dei moduli

Prima del primo fascio Precisione di costruzione rispetto ai disegni ~ 1-2 mm, misurata

da gantry + macchina di misura 3D Allineamento tramite laser che puntano su alcuni punti fissi ~ 100

um Praticamente utilizzabile solo per allineare sub detectors, non

detectors all’interno di un sub detector


Tracker Messa in tempo dei detector

non possibile senza fascio Offset rispetto a (0,0,0) noto

solo dalla geometria/lunghezza cavi

Ma si può ricavare esperienza da run di cosmici

timing completamente diverso Piedistalli e Noise acquisiti

durante la costruzione – utili per confronto ma probabilmente non direttamente utilizzabili

Campo magnetico Noise diverso per il diverso

schema di grounding

Mappa dei canali noisy, delle strip non collegate e degli short disponibile dalla costruzione, ma è probabile che qualche canale morto in più sia causato dal trasporto / montaggio in CMS

Senza fascio…

S/N noto Da lab: condizioni perfette Da commissioning

Una volta capito bene il grounding

Risoluzioni non direttamente perché misurate senza campo magnetico

Inoltre la messa in tempo con i cosmici può non essere perfetta


ECAL Tutti i cristalli sono precalibrati

con una sorgente di 60Co (fotoni da 1 MeV)

LY = light yield a 8 X0 LT = trasmissione longitudinale a

360 nm Verifica al Test beam: questo

unico punto fisso permette una calibrazione in yield misurata a Test Beam (20-180 GeV) interno al 5%

2005: ipotesi di precalibrazione a energie più alte su cosmici per alcuni supermoduli (1700 cristalli l’uno) al 2%

2006: se c’è fascio da SPS, allora alcuni supermoduli calibrati al 0.5%

Precisione già ottimale…

Test Beam LY – Labo LY corr


HCAL

Risultati dai test beam 1996 e 2002 Misurati shower

profile, risposta e/, linearità

Alla fine, calibrazione da Test Beam e da Geant 4

Tunato su test beams adesso Simulazione già ok da molti

punti di vista; dopo la calibrazione accordo MC/DT:

Risoluzione in energia: 5% Separazione e/p: 5%

linearità~120%/sqrt(E)


Muoni Allineamento: le risoluzioni

intrinseche sono dell’ordine di 200um

Ma poi il multiple scattering nel ferro fa si che l’estrapolazione della traccia sia molto peggio per muoni con Pt inferiore ai 200 GeV

Allineamento precedente, senza magnete, non ha molto senso: Bon/Boff genera spostamenti dell’ordine del cm

Metodo ottico: strutture rigide+ connessioni ottiche (laser, CCD)

Posizione relativa camere ~ 150 um

Allineamento temporale noto camera per camera; manca quello fra le camere per il quale serve il fascio


Accendiamo il fascio…

Tavole di trigger: Calorimetri dovrebbero

potere già selezionare jet ad alto Pt

Magari conosciuto male ma alto

Muoni già preallineati a 150 um, più che sufficiente per “vedere” i primi muoni

Una volta che siamo allineati in tempo

Triggers casuali Necessari per studiare

la fisica del minbias

Trigger calorimetrici Trigger di Muoni


Trigger – Alto livello? L1:

Ok praticamente solo nel barrel (mancano ECAL e RPC)

L2: vedi sopra

HLT Prima approssimazione: non

presente se non sono disponibili i pixel; nel tal caso è possibile solo prendere l’output del L2 e scalare a 100 Hz

Ma in realtà qualcosa si può fare

Pixel usati per Identificazione del corretto

vertice del segnale Irrilevante a così bassa

luminosità No pile-up: molto meno

combinatorio nel tracking lo rende più veloce che negli studi a low lumi

Comunque, vorremo misurare dove sia l’asse del fascio

Raffinamento della misura di impulso dei muoni

fattore 10 in risoluzione sul Pt col tracker complet , ma basta lo strip tracker e più tempo

Isolamento Si può provare a fare qualcosa

con il tracker, ma è lento Particle Id: distinguere e+ da e-

da gamma da jet


Trigger ECAL

Livello 1 in pratica non distingue fra e+e- e Necessario tracker

Distinzione jet-cluster em Reti neurali, anche

senza tracker da variabili di shape

Cosa posso fare senza pixel (tracker)?

e+/e-/gamma Senza pixel non si può

fare velocemente, ma probabilmente i primi layer delle strip possono dare una mano

Oppure tracking inbound a partire da ECAL

Non ancora studiato


Trigger HCAL

Molto più facile, visto che a nessun livello entra il tracker …

Nominale?


Muoni

A parte la zona fiduciale ridotta (RPC+CSC), livelli 1 e 2 sono ok dopo un allineamento spaziale (facile) e temporale (più difficile)

Se 75 ns è più facile Fatta massimizzando

l’efficienza di trigger della camera sui dati, con campioni a doppio tag

2 giorni?

Livello HLT: Tracker essenziale per

discriminare muoni prompt da decadimenti (b, K …)

Risoluzione molto migliorata Senza Pixel:

Risoluzione ok con le strip, dato un tempo sufficiente

L2 (10%) L3 (1%)

Pt


Cosa c’è di interessante in 20pb-1?

Tante tracce Tante tracce ad alto Pt

Saturiamo i 12.5 kHz richiedendo jet singoli con Pt>70 GeV Allineamento tracker

Tanti muoni Saturiamo con muoni con Pt qualunque

Nel senso, la soglia sarebbe 0, ma il muone devo poter raggiungere le camere (~3.5 GeV Barrel / 1.5-3 GeV EndCap)

Allineamento dei muoni, messa in tempo delle camere a mu Tanti (pseudo) elettroni/fotoni

Saturiamo con elettroni ~ 10 GeV Tanti minbias

Per calcolare/controllare le occupanze del Tracker Per calibrare ECAL/HCAL


“Fisica” 1 milione di W, in

particolare 100000 W in e ee

0.5 milioni di Z; in particolare ~15000 Z to e ee

500000 J/Psi in due Ma problemi di

triggering, dovremmo scendere a 3 GeV di Pt

Ma anche 10000 tt ! Canale tt bW bW

bl bjj channel (BR=2/9)

2000 eventi Lo posso fare senza

btag?

(W) ~200 nb

(Z)~50 nb ; BR(ee,)=3.4%

(tt)~1 nb

(J/Psi)~50 nb(bb)=500 b;

BR(BJ/psi)*BR(J/Psi)= 5x10-5


Tavole di trigger a HLT Non ancora studiate, ma qualche idea (1031)

Soglia single mu HLT ~10 GeV per avere 10 Hz Cambia poco per da W, li prendo comunque tutti Ma faccio entrare praticamente 10 Hz di bJet Oppure soglia bassa, ma prescalato per fare entrare

muoni da J/Psi

Soglia single jet ~150 GeV ~10 Hz Studi di QCD, calibrazione HCAL+ECAL

Single E/ GeV ~ O(10) Hz Oppure basso e prescalato per far entrare le eta e i

0

Soglia ET miss Jet a 50 GeV + ET miss 50 GeV ~10 Hz

MinBias O(10) Hz


Dove li salviamo? Localmente nel pozzo Online Output buffer (disco) Input Buffer Offline Farm, dove si fa la

ricostruzione (aggiunta delle info di RECO)

CERN come Tier 1 Da qui, su nastro al CERN (backup) Su tutti gli altri Tier 1

Su disco + nastro Ai Tier 2 di riferimento, solo gli stream

richiesti (disco) Dove li analizziamo?

Al Tier1 del CERN solo le cose con feed back più rapido (allineamenti?)

Ai Tier1 di riferimento per il Detector Calibrazioni

Ai Tier 2 alcuni subsamples per debug

Valutazione: 25% delle calibrazioni fatte al CERN

Come/dove li studiamo?

Quanta roba è? 100 milioni di eventi,

1.5 MB a evento = 150 TB

Solo se il Tracker è in zero suppressed mode, altrimenti molto di più

Come li prendiamo? Stream separati

Stream = bit field del trigger

Di sicuro importanti per muoni e ECAL, per il Tracker meno importante

Computing model sta per essere approvato, CMS Week di

Dicembre 2004


Stream

Muoni, ECAL, HCAL Bastano streams specifici+minbias Muoni

Z facile da prendere, possibile riconoscerli subito dopo l’allineamento ottico e quello temporale

ECAL Servono minbias (random trigger) e Zee e We

HCAL Pioni singoli, jet di QCD, minbias

Tracker Streams generici,

possibilmente con alto Pt (tracce dritte)

Jet con Et alta minbias


Validazione del trigger

Come essere sicuri delle soglie dei trigger?

Prendere ad ogni livello eventi in che passerebbero più di un trigger e studiare per esempio muoni e jet

Applicare trigger simulato offline e controllare le efficienze

Esempi: Di-muoni (J/Psi, Z, …)

in cui entrambi dovrebbero passare il trigger

Muoni e Jet Di-jet


Tracker

Allineamento temporale: cerco il massimo del segnale per tracce da jet ad alto Pt

Allineamento spaziale: Già dimostrato che

partendo da errori con sigma=1 mm (su tutti i 16540 detectors) e aumentando gli errori sugli hit, le tracce si vedono …


Tracker – simulazioni sui pixel

Prova di concetto

Prendere 348 pixel det

Facile, tutti punti 3D

Fissarne uno come reference e considerare 6 gdl per ogni altro

2298 parametri (metà traslazioni, metà rotazioni)

Iterare fino a 300 volte per avere la convergenza

Cosa serve? Ordine di grandezza ~500 tracce per ogni detector Ogni traccia carica ~10 punti Da cui ~1 milione di tracce Metto un fattore 10 perché le tracce non riempiono

uniformemente i detectors (outer ci passa poca roba…) 10M tracce ~ 1M di trigger, 10000 secondi, mezza giornata

Stabilità termica su questo tempo scala? Tanta CPU offline


ECAL

Goal finale è un termine costante della risoluzione allo 0.5%

TB2003

Con ~10k Zee e ~100k We non è pensabile calibrare tutti i canali, ma intercalibrare le diverse

regioni del calorimetro (SuperModuli o Moduli)

Considerando calibrazione media nel modulo

Settare la scala assoluta di ECAL usando MZ

Studi sulle eta e 0

Eta in 2 gamma Pt>3 GeV: 20 b, 2e8 eventi …

0 in 2 gamma Pt>3 GeV: 100 b, 1e9 eventi

Elettronicafinale (MPGA+FE


We … Minimum bias dovrebbero

permettere una intercalibrazione veloce se si sfrutta la simmetria in di ECAL e si equalizza la risposta

Calibrazione dei cristalli nello stesso

2% molto presto (fortunatamente I mb non mancano)

Richiede la misura del tracker per l’elettrone e la conoscenza precisa del materiale del tracker.

Effetti sistematici dovute alla bremsstrahlung

variazione di E/p con

Poche decine di eventi a cristallo necessari

Ma ~75000 cristalli

Possibile strategia: calibrare prima regioni in piccoli intervalli di (stesso materiale) con loose cuts e poi intercalibrare le regioni tra di loro con tagli più stringenti.


HCAL

Jet corrections (dovuti alla non linearità della risposta) Single particles Eventi bilanciati (gamma-

jet, Z-jet, jet-jet) Uso uno dei due come

reference, e impongo che la risposta dell’altro sia congruente

Goal finale 120%/sqrt(E) per single

pions

Random trigger: 100Hz, 20M eventi sono meno di una

settimana; ma in realtà vanno bene anche altri eventi; può essere

guardata prima di HLT

Una volta pre-calibrato con sorgenti + test beam

Dati! Minimum bias

Risposta media per torre da confrontare col MC e con torri a stessa


Muoni Allineamento:

Risoluzione intrinseca delle camere ~200 m

Più o meno la stessa precisione si dovrebbe raggiungere con il sistema ottico

Allineamento con tracce Solo con muoni con Pt>200

GeV Problematiche:

Campo magnetico Materiale (multiple scattering) Stabilità

Anche a bassa lumi nominale, circa un anno per raggiungere la stessa precisione

Endcap: beam halo, muoni paralleli al fascio

L2


Databases

Calibrazione / allineamento Il più vicino possibile a CMS (accanto alla

HLT farm possibilmente) Dati da usare nell’HLT

Poi copiati sul Tier 0 e replicati ai Tier1 Necessari anche durante l’analisi

Stima = 90 TB /anno


Data flowC

onfig

urat

ion

Con

ditio

nsC

onditions

Calibration

Offline ReconstructionConditions DBONline subset

EquipmentConfiguration

Conditions Create rec conDB data set

Offline ReconstructionConditions DBOFfline subset

Mastercopy

Bat

513

Online Master Data Storage


Fisica

Abbiamo detto 10 pb-

1, ma La maggior parte dei

quali con detector molto scalibrato

Praticamente nessuno con detector ben calibrato

Tavole di trigger a dir poco singolari

Random trigger per esempio

Difficile fare della fisica

In ogni caso, una volta raggiunta una luminosità ~1033, si raccolgono 1 nb-1/s, cioè ~100 pb-1/giorno Stiamo parlando di 2

ore a bassa luminosità nominale!


Fisica?

Probabile: Sezioni d’urto W e Z

Verificare MC ... Fare una prima misura

della luminosità partonica indipendente da tutto il resto (misura di PDF*Lumi)

Da LHC ~20%??

(Difficilmente) possibile: 10000 coppie tt, ci si

può fare qualcosa senza b tagging? Se non abbiamo altro si farà certamente...

Improbabile: Neutralino 2 ? (2 leptoni) Gluino (Et miss) Purtroppo CMS non ha

nulla sotto il fb-1 come risultati pubblicati, io direi di non dire nulla di queste cose

Meno che meno l’Higgs Impossibile:

Higgs ...


Per esempio …

Higgs nella condizione più favorevole (~200 GeV)

Anche se CMS fosse completo & perfettamente calibrato: 5 sigma (LL) scala a 10 fb-1 a 5/sqrt(1000) = 0.15

Sarebbe necessario un segnale che desse ~150 sigma con 10 fb-1


Conclusioni?

Il lavoro di comprensione di come “partire” sta cominciando adesso CMS sta organizzando dei “First Run Meeting”

a cadenza per il momento mensile, poi settimanale

108 eventi: messaggio è Dobbiamo capire il detector La fisica da fare è poca e meno importante

Certo, se poi non arrivassero altri dati per molto tempo, è comunque pensabile di dare un secondo sguardo a questi


Tracker Allineamento ~ 16500 detector x 6 gdl =

120000 numeri Eventuale sagitta…

Calbrazione Silicon Strip

9M strip per ciascuna piedistalli, noise, una eventuale maschera; gain se

vogliamo provare dE/dx

Pixel 66M di pixel

gain, pedestal : analog calibration noise, threshold : per la zero suppression


ECAL

quantity of data

data from

analysed by needed by

Data recording frequency

start-up calibrations

1 value /crystal

Construct. DB

Construction DB

ORCA, online farm, configuration

DB once

calibrations from cosmic

runs 1 value

/crystal Test-beam

analysis

Test-beam analysi

s


DB once

calibrations from physics

runs 1 value

/crystal PRS PRS


DB

every time a new

calibration is

available

Numero molto minore del tracker


ToolsHCAL TDR (1996) & SK (26-Sep-2000)

ToolsHCAL TDR (1996) & SK (26-Sep-2000)

A) Collimated Co60 gamma source- every tile: light yield- during construction

all tiles (100k tiles)

B) Moving Co60 gamma source:- full chain: gain- during CMS-open (manual)

all tiles- during off beam time (remote)

tiles in layer 0 & 9C) UV Laser:

- full chain: timing, gain-change- during off beam time

tiles in layer 0 & 9all RBX (readout box)

D) Blue LED:- timing, gain change- during the off beam time

all RBX (readout box)

E) Test beam- normalization between

GeV vs. ADC vs. A,B,C,D- ratios: elec/pion, muon/pion- before assembly

a few wedgesF) Monte Carlo - from testbeam to CMSG) Physics events

-inter channel calibrationmin. bias eventsIsolated muonsIsolated charged hadrons

- jet energy scale+jet, Z+jet balancingdi-jets balancingdi-jet mass

W->jj in top decay-MET energy scale (2004)

Z+multi jets (Z, )+ H) QIE Card Linearity Test (2004) (YeonSie Chung)


Calibration Scenario (HB/HE) HCAL TDR (1996) & SK (26-Sep-

2000)

Calibration Scenario (HB/HE) HCAL TDR (1996) & SK (26-Sep-

2000)1) During manufacturing: (done)

- collimated source all tiles- moving source: all tiles

.

2.1) After HB/HE assembled: 2002-2007- moving source: all tiles / 2 layer- UV laser: 2 layers/wedge

.

2.2) With sample modules: 2002-2006- test beam: a few wedges.

.

3) Before closing the CMS: 2005-2007- moving source: all tiles- UV laser & blue LED: all RBX

.

4) Beam off times: 2007- - moving source: 2layer/wedge- UV laser: 2layer/wedge- UV laser & blue LED: all RBX

.

5) Beam on (in situ): 2007-- physics events ECAL+HCAL

Absolute calib.Accuracy of 2%for single particle

Monitor for changewith timeAccuracy < 1%

(same to HF)

once/month (?)

a few times/day (?)

Slice Test in SX5- all channels -


ECAL


ECAL calib with eta


Muon


Muon L1


HCAL

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