atualização+do+detector+atlasrenafae/workshops/2012/dia-2/upgrade_atlas.pdf · 2012. 12. 5. ·...

Atualização do Detector ATLAS

ATLAS/BRASIL CLUSTER Augusto S. Cerqueira, UFJF (Apresentador)

Marco Leite, USP (Suplente)

Tópicos

•  MoEvação •  Resumo das AEvidades •  Descrição das AEvidades •  Cronograma e Orçamento •  Conclusões

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MoEvação •  O experimento ATLAS deve ser preparado para o programa de

aumento de luminosidade do LHC durante a próxima década •  O aumento da luminosidade do LHC ampliará o programa de

Rsica do LHC, gerando novos e grandes desafios para os seus detectores

•  Alguns tópicos programa de Rsica de alta luminosidade do ATLAS: – Medidas de precisão do Higgs –  Acoplamentos entre H e W,Z –  Decaimento raros do Higgs –  Física além do modelo padrão*

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MoEvação •  Haverá um aumento dos níveis de radiação em toda a caverna do ATLAS, exigindo adequação dos componentes dos detectores, principalmente de sua eletrônica de front-‐end

•  O aumento do número de interações por colisão impacta fortemente: –  a resolução de energia e posição –  a capacidade de idenEficação de par]culas –  a reconstrução de energia

•  Portanto, é necessária a adequação da eletrônica de front-‐end dos calorímetros e do sistema de filtragem on-‐line do ATLAS

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MoEvação •  Com o sistema atual, as taxas de trigger aumentarão bastante com o aumento da luminosidade.

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Programa de Atualização do ATLAS

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Programa de Atualização do ATLAS

Ano Parada Fase Upgrade Luminosidade A<vidades Planejadas

2013-‐2014 LS1 Fase 0 1034 cm2s-‐1 Reparo de alguns componentes e instalação de protóEpos dos novos componentes

2018 LS2 Fase 1 2-‐3 1034 cm2s-‐1 Vários componentes devem ser modificados no ATLAS para as novas condições de luminosidade

2022-‐2023 LS3 Fase 2 5-‐7 1034 cm2s-‐1 Instalação final dos novos componentes dos detectores para o HL-‐LHC

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Resumo das AEvidades

Resumo das AEvidades •  Calorímetro Hadrônico (TileCal):

–  Verificação da integridade da eletrônica (Mobidick) –  nova eletrônica de back-‐end (sROD) e esEmação de energia

–  sinal da torre trigger para o primeiro nível (nível zero) de filtragem de eventos do ATLAS

–  ferramentas de sojware para monitoração da operação e verificação da qualidade do dados do detector (T-‐One)

•  Calorímetro EletromagnéEco (LAr): –  implementação da Super Cell, ou seja, novo hardware responsável pelo aumento da granularidade do sinal do primeiro nível de filtragem de eventos do ATLAS

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Resumo das AEvidades •  Sistema de Filtragem de Eventos:

–  desenvolvimento e análise de algoritmos para o primeiro nível usando maior granularidade em cenários de empilhamento de eventos

–  ParEcipação no desenvolvimento do Muon CTP –  Desenvolvimento e análise de algoritmos baseados em inteligência computacional para o HLT

•  ATLAS Management: –  Desenvolvimento da nova geração do GLANCE para atuar nas condições do upgrade; apoio ao ALICE e LHCb

•  Busca por Física Além do Modelo Padrão (BSM): –  Análise do decaimento ressonante de alta massa e+e-‐ –  Análise do decaimento ressonante de alta massa µ+µ-‐

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Estratégia

•  UElizar a experiência consolidada de nosso grupo nos sistemas de calorimetria do ATLAS

•  Envolvimento em projetos que explorem uma infra-‐estrutura comum

•  ConEnuidade ao longo das três fases do programa de upgrade do ATLAS

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Descrição Sucinta das AEvidades

Calorímetro Hadrônico (TileCal) •  Arquitetura atual da eletrônica do TileCal

•  Arquitetura prevista para Fase 2

hups://edms.cern.ch/document/1071862/1 13

MobiDICK 4 (Integridade da Eletrônica do TileCal)

•  Sistema móvel para verificação da integridade da eletrônica de front-‐end do TileCal

•  UElizado extensivamente nos períodos de manutenção do detector •  Nos longos períodos de parada do detector no upgrade, será uma

peça fundamental para verificação da eletrônica •  O sistema deverá ser menor, mais leve e manter a compaEbilidade

com a eletrônica atual

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MobiDICK3

MobiDICK4

http://cdsweb.cern.ch/record/1493086/files/ATL-TILECAL-PROC-2012-010.pdf


•  AEvidades: – Desenvolvimento de hardware (aquisição do sinal de trigger) e sojware

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Hardware Software

Overview


•  Grupos envolvidos: – TileCal (C-‐F, Dubna, LIP, Praga, Estocolmo, UTA, Valência), ATLAS/Brasil

•  Pesquisadores envolvidos ATLAS/Brasil: – Augusto SanEago Cerqueira, UFJF (coordenador) – Rafael Antunes Nobrega, UFJF

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Back-‐end (TileCal)

•  “super” Read Out Driver (sROD): nova eletrônica de back-‐end devido à maior taxa de dados a serem recebidos (40 MHz), à necessidade de uma maior capacidade de processamento para esEmação de energia dos canais e para prover o sinal digital ao L1calo

hups://cdsweb.cern.ch/record/1489644/

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•  “super” Read Out Driver (sROD) –  Recepção e processamento dos dados para uma gaveta (previsão de que cada sROD deverá processar até 8 gavetas)

•  4 conectores RX SNAP12 – protocolo GBT •  FPGA Xilinx Virtex 7 •  Memórias Pipeline

– Gerenciamento TTC e DCS •  1 conector TX SNAP12

–  Transmissão e reconstrução de dados para a ROS •  Conector SFP – protocolo G-‐Link

–  Pré-‐processamento e transmissão de dados para o L1Calo •  FPGA Xilinx Kintex 7

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Link óEco

Diagrama sROD

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•  AEvidades: – Desenvolvimento de hardware e firmware para a sROD

– ParEcipação na produção da sROD (previsão de envolvimento da indústria brasileira)

– Desenvolvimento e análise de algoritmos para esEmação da energia on-‐line na sROD no cenário de empilhamento de eventos. Proposta inicial baseada na deconvolução do sinal

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0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

Bunch Crossing

Ener

gy (A

DC)

Recovered DataOriginal Data

150 200 250 300 350 400 450 500-10

0

10

20

30

40

50

60

Bunch Crossing

Ener

gy (A

DC)

Recovered DataOriginal Data

Example given in slide 1

Transitory period, since first feedback values are unknown

Perfect deconvolu<on ajer transient

hup://cdsweb.cern.ch/record/1481861 21

Back-‐end (TileCal) •  Grupos envolvidos:

–  TileCal (LIP, Estocolmo, Valência), ATLAS/Brasil

•  Pesquisadores envolvidos ATLAS/Brasil: –  Luciano Manhães de Andrade Filho, UFJF (coordenador) –  Augusto SanEago Cerqueira, UFJF –  Eduardo Simas, UFBA –  Paulo Cesar, UFBA –  Yara Amaral, UFRJ –  José Manoel de Seixas, UFRJ –  Daniel Chaves, UFF

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Torres de Trigger (TileCal) •  Para a Fase 2, o sinal de trigger será provido digitalmente para o L1calo pela sROD, entretanto, para a Fase 1 é necessário que o novo sistema do L1calo já tenha disponível o sinal digital das Torres de Trigger (TT) do TileCal

•  Espera-‐se que além de prover o sinal digitalizado das TTs, possa-‐se melhorar o desempenho do primeiro nível na idenEficação da jatos

•  Vale ressaltar que até a Fase 2 deve ser manEda a compaEbilidade com sistema de trigger atual

hups://edms.cern.ch/file/1241011/1/Report.pdf

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Torres de Trigger (TileCal)

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hups://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=100&sessionId=8&resId=0&materialId=slides&confId=158040 25

Torres de Trigger (TileCal) •  AEvidades:

–  Envio do sinal digital para das TTs para o L1calo •  Solução 1: desenvolvimento de um novo receptor, TileCal Trigger Digi5zer Board (TTDB) (vantagem: possibilidade de melhora da resolução, desvantagem:custo)

•  Solução 2 e 3: transmiEr o sinal após a sua recepção (vantagem: custo, possível melhora da resolução)

–  TTDB: •  Possível desenvolvimento de hardware e firmware •  projeto, testes e fabricação

– Análise e desenvolvimento de algoritmos para o L1calo no cenário de empilhamento de eventos

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EM calorimeter digital readout

Muon detector

Analog sums from Tile/LAr nMCM

C M X

C M X

JEM

Endcap sector logic

Barrel sector logic

MuCTPi

Muon Trigger

L1Topo CTP

C O R E

DPS

eFEX

jFEX

PreProcessor

Topological info

CTP output New/upgraded Hardware

Central Trigger

L1Calo Trigger

JEP

CP

Receiver stations

EM data to FEX

Hadronic data to FEX

1 2 3

Can extract Tile tower sums from: 1.  Tile receiver stations 2.  PreProcessor modules 3.  JEM modules in JEP

Tile tower “DPS”

de Samuel Silverstein

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•  Grupos envolvidos: –  TileCal (Valência, Chicago, Estocolmo), ATLAS/Brasil

•  Pesquisadores envolvidos ATLAS/Brasil: – Augusto SanEago Cerqueira, UFJF (coordenador) –  Rafael Antunes Nobrega, UFJF –  Luciano Manhães de Andrade Filho, UFJF –  José Manoel de Seixas, UFRJ –  Luiz Pereira Calôba, UFRJ – Marco Leite, USP

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Tile-‐In-‐One (TileCal) •  Manutenção e desenvolvimento e integração dos diversos

sistemas para monitoração e verificação da qualidade de dados do detector: –  monitoração das fontes de alimentação, validação de runs de calibração, supervisão de canais com falhas, registro de comentários por especialistas, etc.

•  O objeEvo deste projeto é oferecer uma plataforma única para toda a colaboração, onde cada grupo pode reunir as informações e os processamentos necessários para a realização das tarefas através de uma view

•  Para os próximos anos o T-‐One deve ser manEdo e atualizado para as novas condições e demandas do detector

hups://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=3&resId=1&materialId=slides&confId=215114 29

Tile-‐In-‐One (TileCal) •  Requisitos:

–  Apresentar as informações mais importantes do calorímetro: •  Sumário dos plots (20 plots/módulo.run) •  Filtragem de casos problemáEcos conhecidos, realçando somente os casos novos.

•  Apresentação do número de “bad channels”, indicando respecEvos módulos.

–  Acesso restrito a apenas usuários autorizados –  Acesso a diferentes repositórios:

•  COOL database, Oracle PVSS database, PCATA007 machine, Tile Comm Analysis database (Oracle), Comminfo database (mysql)

–  Plataforma extensível através de plugins –  Integração com outros sistemas do TileCal –  “Hot Points”: funcionamento das células, módulos desligados, canais quentes, DQM status

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Tile-‐In-‐One (TileCal)

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Exemplos de plugins

Tile-‐In-‐One (TileCal)

•  Grupos envolvidos: – TileCal (CERN), ATLAS/Brasil

•  Pesquisadores Envolvidos ATLAS/Brasil: – Carmen Maidantchik, UFRJ –  José Manoel de Seixas, UFRJ

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Sinal de cada célula armazenado em memória analógica, digitalizados apenas na presença de trigger"

"Trigger baseado na

soma analógica das células na eletrônica de front end

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•  Arquitetura Atual Calorímetro EletromagnéEco (LAr)

•  Arquitetura Fase 1 Adiciona LAr Trigger Digitizer

Board (LTDB) - trigger digital de alta granularidade para o primeiro nível"

"Mantém o sistema atual (TBB)

para uma migração gradual""Sistema de processamento

digital (DPS) para conversão do sinal digitalizado para a escala de energia"

"Implementação de algoritmos

avançados do offline no primeiro nível

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Calorímetro EletromagnéEco (LAr)

Calorímetro EletromagnéEco (LAr)


Discriminante Rη baseado na razão entre a energia em uma topologia 3x2 e 7x2

Melhora 3 vezes a rejeição de jatos de baixo Pt uElizando a informação com alta granularidade

Calorímetro EletromagnéEco (LAr) •  AEvidades:

–  Trabalhar juntamente a BNL, discuEndo, desenvolvendo e caracterizando soluções para implementação da Super Cell

–  Caracterização de ADCs comerciais para o LTDB (TID e SEE) –  Testes de radiação de disposiEvos individuais e de circuitos em operação, uElizando instalações de irradiação gama de alta intensidade no Brasil

–  Desenvolvimento de bancadas para testes e análise offline da DsTBB

–  ParEcipações na concepção, testes e construção do LTDB demonstrador para a Fase 0

–  Visando colaborar na construção da eletrônica para a Fase 1, contribuir na fabricação e nos testes das placas mezanino

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Calorímetro EletromagnéEco (LAr) •  Grupos envolvidos:

–  LAr (BNL), ATLAS/Brasil •  Pesquisadores envolvidos:

– Marco Leite, USP (coordenador) –  Eduardo Luis Augusto Macchione, USP –  Emi Márcia Takagui, USP – Augusto SanEago Cerqueira, UFJF –  Rafael Antunes Nobrega, UFJF – Andre Asevedo Nepomuceno, UFF

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Sistema de Filtragem On-‐line

•  O sistema de filtragem on-‐line do ATLAS sofrerá diversas mudanças devido ao aumento da luminosidade, visando manter o seu bom desempenho no cenário de empilhamento de eventos

•  Como observado anteriormente, mudanças em hardware e dos algoritmos serão necessárias, principalmente no primeiro nível

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39


40

Sistema de Filtragem On-‐line •  AEvidades no Primeiro Nível:

–  Reprojeto do Central Trigger Processor (CTP): •  Iniciando pelo MUCTP e parEcipando também do trigger de calorimetria

•  Desenvolvimento e teste de hardware e firmware •  Estudo de links óEcos de baixa latência

–  Estudo para melhora na idenEficação de muons com alto Pt uElizando a informação do TileCal

•  AEvidades no HLT: –  Adaptação do Neural Ringer para o cenário de empilhamento de eventos como alternaEva ao T2calo

–  Estudo do canal elétron/jato e aplicação prevista para eventos J/Psi

–  Extensão natural para o offline 41


Ringer FeX Ringer Hypo

Accept/Reject EM Cluster


Sistema de Filtragem On-‐line •  Grupos envolvidos:

–  TileCal, L1 Trigger, HLT, ATLAS/Brasil

•  Pesquisadores Envolvidos ATLAS/Brasil: –  José Manoel de Seixas, UFRJ (coordenador) –  Luiz Pereira Calôba, UFRJ –  Augusto SanEago Cerqueira, UFJF –  Rafael Antunes Nobrega, UFJF –  Aline Gesualde, CEFET-‐RJ –  Eduardo Simas, UFBA –  Andre Asevedo Nepomuceno, UFF

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ATLAS Management

•  Estabelecer o GLANCE como o principal mecanismo para acesso aos bancos de dados do ATLAS: – Usuários: criar facilmente e comparElhar interfaces de recuperação e inserção de dados

– Desenvolvedores externos: processo simplificado para desenvolver sistemas através do Glance

•  Sistemas que foram desenvolvidos uElizando o GLANCE podem ser especializados para subgrupos (SCAB/ATLAS foi especializado para gerar SCAB/TDAQ e SCAB/Upgrade)


ATLAS Management

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•  equipamentos (storage, tracking, hierarchy, radioacEvity dosage, alarms) •  membros da colaboração (data, author qualificaEon, appointments,

speakers, insEtutes) •  publicações (papers, conference notes and thesis)

Glance 2.0 (ATLAS Management)

Glance 2.0

Recuperação e Inserção de dados

Scripts, crons, etc.

Notificações

Ferramentas de desenvolvimento e debugging

Configurações

Apoio a Usuários e Comitês

Sistemas do ATLAS Management

Sistemas Externos (ex.: Physics Office, Udine LHCb, ALICE)

•  A tecnologia Glance será aprimorada através da integração de ferramentas necessárias para o desenvolvimento, atualização, manutenção e especialização de sistemas para a colaboração ATLAS

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Glance 2.0 (ATLAS Management) •  Aware: integração de informações para apoiar a construção de

conhecimento (requisitos, regras, restrições, etc) •  Arquivos de Configuração: definição de regras, acesso, layout ,

validação de dados de entrada, geração de relatórios •  Apoio a usuários: ferramentas (Trac, Help, FAC, permissões)

para relatar erros, cadastrar requisitos, solicitar alterações e apresentar informações sobre o sistema

•  Monitoramento: as ações dos usuários são examinadas em tempo real para idenEficar o ambiente do cliente de forma a apoiar a resolução de problemas

•  Integração de Informação: mineração de dados para integração automáEca de diferentes Epos de dados como, por exemplo: associação entre pessoas e aEvidades 47

ATLAS Management

•  Novos Requisitos: – OTP (Opera5on Task Planner) versão 2.0 – Especialização do sistema SCAB (Speakers CommiAee Advisory Board) para as aEvidades de upgrade

– Membership 2.0 – Analysis Version 2.0 (colaboração com a Universidade de Udine e o Physics Office)

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ATLAS Management

•  Membros do CERN: – Kathy Holmes

•  Pesquisadores Envolvidos ATLAS/Brasil: – Carmen Maidantchik, UFRJ –  José Manoel de Seixas

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Busca Além do Modelo Padrão •  O upgrade do ATLAS aumentará o seu potencial para descobertas e

estudo de novos fenômenos •  Eventos com alto Pt (leptons, jatos, fótons) e energia transversa

faltante são assinaturas essenciais •  Espera-‐se que haverá uma melhor idenEficação, reconstrução e

discriminação de elétrons, muons e jatos com os algoritmos desenvolvidos pelo grupo

•  O conjunto de dados do ATLAS passará de uma luminosidade integrada de 300 �-‐1 até 3000 �-‐1 com ECM=14 TeV

•  O grupo tem se dedicado a procura por novas ressonâncias neutras baseadas em várias extensões do MP, em especial, por um campo chamado torção, que se comporta como uma ressonância neutra de spin 1, similar ao Z'

hups://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=6&resId=0&materialId=slides&confId=187269


Busca Além do Modelo Padrão Esta procura se dará em dois cenários:

Eventos Z'-‐ > Qbar Podem ser classificados segundo o estado final como: -‐ Canal leptons+jatos (Maior esta]sEca mas maior background) -‐ Canal dileptônicos (Dois neutrinos no estado final, energia faltante)

Eventos Z'-‐> l-‐lbar ( onde l é um elétron ou múon) Neste caso teremos que adaptar a procura que realizamos nos dados de 2011 com ECM=7 TeV onde foi obEdo um limite em torno de 2,5 TeV e que está em fase de atualização com dados de 2012 com ECM=8TeV com uma luminosidade integrada maior

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Busca Além do Modelo Padrão •  As melhorias nos algoritmos poderão levar a uma melhor

reconstrução da energia e uma melhor separação elétron/jato •  Os resultados da idenEficação de elétrons através do uso da rede

neural, desenvolvida pelo grupo, nesta análise, estão sendo comparados com os obEdos pela idenEficação usando algoritmo tradicional

•  Espera-‐se que com o upgrade, o limite inferior da massa do Z' obEdo pelo ATLAS irá passar do atual 2,5 TeV (dados de 2011) para: –  Canal Z' -‐> Qbar 5 TeV –  Canal Z' -‐> l-‐lbar 7,5 TeV

•  Adicionalmente, pretendemos estudar o modelo 3-‐3-‐1: –  A procura por novos estados finais contendo, p.e., um par de elétrons

de mesmo sinal e um par de múons de mesmo sinal. Estes canais, proibidos pelo MP, são os mais sensíveis à descoberta de biléptons previstos pelo modelo 3-‐3-‐1

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Busca Além do Modelo Padrão

•  Grupos Envolvidos: – ExóEco CERN, ATLAS/Brasil

•  Pesquisadores Envolvidos ATLAS/Brasil: – Fernando Marroquim, UFRJ/UFSJ (coordenador) – Maria Aline Barros do Vale, UFSJ – André Asevedo Nepomuceno, UFF – Yara Amaral, UFRJ

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Cronograma e Orçamento

Cronograma

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Orçamento 2013-‐2015

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Orçamento 2016-‐1017

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Conclusões

Conclusões •  As aEvidades propostas no contexto do upgrade do ATLAS

foram construídas devido à excelente inserção de nosso grupo no experimento e irão fortalecer ainda mais a nossa parEcipação

•  É importante frisar que nossa proposta de envolvimento no upgrade do ATLAS é consequência direta trabalho que vem sendo desenvolvido pelo grupo ao longo dos anos, tendo sido construída naturalmente e completamente adequada a experEse do grupo

•  Nossas aEvidades no ATLAS ao longo dos anos têm contado com o envolvimento da indústria nacional e fomentado a criação de empresas de base tecnológica no país. Dentro do cenário do upgrade, este políEca será ainda mais fortalecida devido as oportunidades para o desenvolvimento de novos métodos e tecnologias

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Conclusões •  Vale também ressaltar a capacidade de spin-‐off de tecnologias e

processos de nosso grupo, empregando técnicas similares as empregadas no ATLAS em áreas como a medicina, petróleo, sistemas de potência, nuclear, defesa, entre outras

•  Um dos objeEvos principais de nosso envolvimento com as aEvidades de upgrade do ATLAS está na formação de mão de obra de alta qualidade em diversos níveis, desde o nível técnico a doutores

•  Ao longo da apresentação, ficou claro o envolvimento de diversos grupos do ATLAS nas aEvidades propostas para o upgrade, demonstrando que nossa proposta está em consonância com a colaboração ATLAS

•  GRID -‐ Apesar de não abordado nesta proposta, conforme solicitado, existe uma crescente demanda do ATLAS pela criação de pontos do GRID nos insEtutos parEcipantes do experimento

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Backup Slides

Orçamento 2013

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Orçamento 2014

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Orçamento 2015

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Orçamento 2016

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Orçamento 2017

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atualização+do+detector+atlasrenafae/workshops/2012/dia-2/upgrade_atlas.pdf · 2012. 12. 5. ·...

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