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Mathieu Plamondon , Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire, Orsay Contributions importantes de: LAPP (Annecy), CPPM (Marseille), LSPC (Grenoble), LAL (Orsay)

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Mathieu Plamondon , Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire, OrsayMathieu Plamondon , Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire, Orsay

Contributions importantes de:

LAPP (Annecy), CPPM (Marseille), LSPC (Grenoble), LAL (Orsay)

Contributions importantes de:

LAPP (Annecy), CPPM (Marseille), LSPC (Grenoble), LAL (Orsay)

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22Autrans - Physique ATLAS France Mars

2006

Plan

Objectifs du commissioning phase 3 Échéancier Rôles du calorimètre à tuiles

déclenchement temps du déclenchement

Simulation données simulées signaux reconstruits dans le EM taux de cosmiques

Ce que nous pourrons en faire? intercalibration des amplitudes en η intercalibration des cellules en temps

Ce qu’il reste à faire Conclusions

« Un commissioningcommissioning réussi ne nous aura rien appris de nouveau »

Il en sera bientôt à sa phase 3 qui consiste à la prise de données de cosmiques

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2006

Objectifs du commissioning

Afin d’atteindre ces objectifs, une statistique importante est requise (au moins 3 mois de données continues)

démontrer que le détecteur peut opérer de façon stable

effectuer une calibration complète du détecteur

montrer que les outils de calibration et les bases de données fonctionnent

détection/traitement des parties défectueuses diagnostiquer les mauvais signaux physiques

intercalibration des cellules en amplitude et en temps étude de dépôts d’énergie plus importants (>2 GeV)

Exemple d’un signal de muon désiré (été 2005)

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2006

Échéancier

Commissioning phase 3• début: mi-juillet • 3 mois de cosmiques (certainement pas en continu)• la stabilité dépend aussi des tuiles

Installation• FEC• BE• liens optiques

Commissioning phase 2• Monter la haute tension • Vérification (et remplacement) de l’électronique et du bruit sur tout le calorimètre• Démontrer la stabilité de la prise de données• Vérification des outils du monitoring

Commissioning phase 3• 6 semaines de tests• Calibrations pour démontrer les performances (bruit,électronique)• Mise au point du déclenchement♦ Dépend fortement de la disponibilité des alimentations basse et haute tension

Refroidissement• 6 semaines• 293K90K (0.2K/h)

Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre

Dans le cas du calorimètre central EM

Jusqu’à présent:• 22 crates installées et testées• reste 80 crates à installer • ½ crate commissionné à chaud (ROD/ROS + outils de monitoring)• prochaine étape: l’électronique sera commissionée avec 6 crates (mi-avril)

Début: 32 crates installées. Les alims aussi ?

Pour les 2 calorimètres bouchons:• débutera après l’été 2006• reste à préciser:

- comment les μ seront observés

- ce qu’on pourra en faire

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2006

Le calorimètre à tuiles pour le déclenchement

½½

-1 ≤ η ≤ 1 10π/32 ≤ φ ≤ 22π/32

42π/32 ≤ φ ≤ 54π/32

Note: le déclenchement de la partie centrale du calorimètre EM n’utilisera pas la partie extension du

tonneau (contrairement au déclenchement des bouchons qui l’exploitera)

- Les chambres à muons ne seront pas encore fonctionnelles lors du commissioning

mais…

- Le calorimètre à tuiles est d’ores et déjà apte à enregistrer des signaux de muons utilisés pour le déclenchement

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2006

>1.5 GeV

Déclenchement

Seuil d’énergie déposée dans les tuiles établi à 1.5 GeV au niveau du déclenchement pour limiter le nombre d’accidentels

Car…le signal sommé du trigger (A+B+C+½D) est faible et sensible au bruit

Coincidence entre les modules d’en haut et ceux d’en bas

A B

C D

(A B) (C D)

(A B)

(C D)

12 12

1212

Les tuiles voient bien les signaux de muons

Les signaux reconstruits:

1 PM sur 2

Nous voulons garder les muons projectifs mais aussi tout venant

Un déclenchement avec un seul seuil (e.g. AB seul) donne un taux supérieur à 20 Hz (limite imposée par la capacité d’écriture du serveur)

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2006

les données sont asynchrones, i.e. pas en phase avec le 40 MHz

les tuiles vont permettre de mesurer le temps du déclenchement avec une précision de ~1 ns Pas au niveau du déclenchement, mais avec le signal

reconstruit avec le bon gain peut être utilisé comme référence pour le calo EM

différence des temps reconstruits et ce qui est attendu d'après les temps de vols

Le temps fourni par les tuiles

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La simulation

18 m12.6 m

60 m

+300 m-300 m

Les objectifs de la simulation sont: obtenir une normalisation absolue du taux de muons

déclenchés (et comparer avec ce que l’on l’observera) estimer les effets du bruit estimer les taux d’événements avec un grand dépôt d’énergie

(quelques GeV) comprendre les effets de la non-projectivité sur les énergies

qui seront reconstruites tester les algorithmes d’intercalibration en temps

Génération du flux cosmique à la surface μ générés dans un volume de ±300m dans le plan x-z 5 GeV <Eμ< 5000 GeV

(seuil inférieur aussi bas que 5 GeV car certains muons parviennent jusqu’au détecteur en traversant très peu de matière)

le flux cosmique établi selon les estimations d’ALEPH ainsi qu’une mesure effectuée dans le puits il y a 1 an

la composition du sol au-dessus de la caverne est considérée

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2006

Les cosmiques simulées

1) Non biaisé pour obtenir les taux

distance minimale entre la projection du muon initial et le point

d’interaction |IP|<8m

équivalent à 17 heures de cosmiques

2) Biaisé pour simuler un maximum de muons projectifs

|IP|<2.5m

coupure sur la distance r entre le milieu du puits et le muon initial en fonction de son énergie

distance r par rapport à l’axe du puits d’accès < 70m

équivalent à 9 jours de cosmiques

* Deux lots ont donc été générés:

|IP|

r

Sans les puits d’accès, le commissioning avec les cosmiques n’aurait probablement pas eu autant d’intérêt

mHz

Ordres de grandeurs:• pour 1.48x1011 muons générés à la surface correspond à 9 jours de cosmiques• avec les ressources actuelles, ce fut simulé en 2 semaines• 7:106 survivent aux coupures de présélection (direction/énergie initiale du muon)• 10M muons ont ete simules• 600k declenches

Génération:

148 milliards de μ

Calorimètre à tuiles:

600k μ déclanchés

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2006

Les signaux dans le calorimètre EM

L’énergie déposée par les muons est reconstruite avec l’information fournie par le 2 ième compartiment (milieu)

Le ratio S/B y est ~7 avec Optimal Filtering

Sans OF, on perd un facteur 1.8. Donc, nécessité de l’utilisation de l’OF aux deux niveaux: reconstruit et non-reconstruit

En raison de la géométrie en accordéon, un muon projectif traverse au moins deux cellules voisines en φ

Chaque signal (un dans la partie supérieure, l’autre en bas) est reconstruit de la façon suivante:

1. Dans l’hémisphère, la cellule du milieu avec la plus grande énergie est sélectionnée

2. L’énergie la plus grande entre celles des deux cellules voisines en φ est ajoutée au signal

Esignal = Emax(η,φ) + Evoisin(η,φ±1)

Pourquoi ne pas utiliser un cluster topologique ?

N’apporte pas grand chose en S/B

Ce sont les variations en η qui nous intéressent

Les signaux de muons suivent une distribution de Landau qui est convoluée avec une gaussienne pour tenir compte du bruit

Note: les simulations utilisées ici pour estimer les taux n’incluent pas le bruit

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2006

Les événements projectifs

Les signaux qui nous intéressent le plus sont ceux qui proviennent d’événements projectifs, i.e. passant près de l’origine

Reproduisent les conditions ATLAS, utiles aux études de l’uniformité en amplitude

Le nombre d’événements purement projectifs (Δη=ηhaut-ηbas= 0 , Δφ=φhaut-φbas= 0) qui seront collectés en 3 mois

sera insuffisant

Une précision de 0.5% sur la position du maximum est désirée

Quelle non-projectivité pouvons-nous tolérer?

Sans introduire de biais important ni élargir la distribution

En fait, les événements non-projectifs sont utiles pour rechercher les cellules mortes et peut-être pour le temps

L’énergie déposée autour du signal devra être utilisée pour effectuer un nettoyage des signaux mal contenus

tâche difficile car le bruit est de l’ordre de 40 MeV

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2006

1mHz 800 signaux/9jours

8000 signaux/3mois η=0.8

Taux de cosmiques

mHz

Événements déclenchés

Événements projectifs

Signaux exploitables

Taux (Hz) 0.8 Hz 60 mHz 104 mHz

# en 3 mois 6M 463k 811k

η=-0.8

Les signaux qui seront exploités dans le plan η-φ définis par:

|Δη|≤3 et |Δφ|≤6 (moins sensible en φ car 2 signaux sont additionnés dans cette direction)

Esignal>0.97 Ehémisphère

L’analyse des signaux assume ces symétries:

Les signaux collectés en haut et en bas sont équivalents

Les demi-tonneaux sont pareils (η vs –η)

Symétrie en φ

N.B. Les signaux en haut et en bas sont mis ensemble

♪ ces taux ont été

trouvés sans

considérer le bruit

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2006

La position du maximum en fonction de η

Intercalibration en énergie Intercalibration de l’amplitude en η pour les petites énergies

(<1GeV)

Au niveau des cellules du signal dans l’argon

Pas sensible au Pb et à la matière devant le calo

En revanche, très sensibles à tout effet relié à une cellule (bref, éviter les moyennages dans un cluster)

• variations de la capa et de la self

Les muons permettront de vérifier au niveau de 0.5% si notre calibration et notre reconstruction du signal corrige bien tous ces biais

En φ, l’uniformité est assurée par le design même du calorimètre

Nous pourrons donc sommer les signaux du même φ

L’isotropie de la physique pourra toujours être exploités ultérieurement pour mettre au jour les petites variations en φ

Si la statistique le permet, des effets plus fins seront analysés

L’effet du gradient de température en comparant les signaux du haut à ceux du bas

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2006

Intercalibration en temps

Le temps du trigger donné par les tuiles avec une précision de 1ns

Les muons seront utilisés pour mettre en temps et vérifier les signaux de physique

On veut essayer d’échantillonner près du pic pour toutes les cellules

Avec l’OF, le temps des muons est mesuré dans le middle à σ=5.6ns

Avec 100 événements, on obtient une résolution < 1ns sur le temps moyen

comparer aux temps des tuiles et intercalibrer ainsi les cellules

ou bien par des différences haut-bas indépendantes des tuiles (à voir)

connaître le temps des cellules de physiques au niveau de 1ns est suffisant pour le démarrage du LHC

une seule phase chargée sans les DSP

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2006

Ce qu’il reste à faire

Mettre au point l'algorithme de nettoyage/sélection des muons

pour l‘étude d'uniformité (en présence de bruit)

pour comprendre projectivité vs biais

Utilisation des strips quand le signal est suffisamment grand

S/B ~ 4-4.5

pour préciser la projectivité du muon

Mise au point d’une méthode robuste au démarrage ne nécessitant pas l’information des tuiles pour déterminer la phase

car l’utilisation de l’OF est nécessaire pour avoir un ratio S/B suffisant

e.g. phase fixe la moins biaisée, itération en utilisant le temps ou l’amplitude,… (en cours, sur les données de faisceau test)

pourrait être appliqué dans les RODs et profiter au monitoring

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2006

Conclusions

La phase 3 du commissionning est la première nécessitant simultanément tous les éléments

détecteur (HT) / électronique / DAQ / Online / Slow control / Monitoring               + software et analyse

Il est important de démontrer que tout fonctionne

Les muons peuvent permettre de vérifier certaines performances et/ou détecter des problèmes Nécessité de 3 mois de cosmiques

Risque d’être délicat

changement de fonctionnement, stabilité, parvenir à combiner tous les éléments

Avec des taux de déclenchements de l’ordre du Hz et une fréquence d’événements projectifs autour de 50 mHz, une statistique suffisamment importante pourra être accumulée pendant cette période