Stato di ATLAS e piani per le prime misure
• L’esperimento e il suo stato (in particolare alcuni risultati
sperimentali sul commissioning)
• Esempi di misure previste con luminosita’ iniziale
Leonardo Rossi
INFN e Dipartimento di Fisica
Genova
a nome della collaborazione ATLAS
28/9/2009 XCV SIF Bari
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ATLAS: alto 25m, lungo 44, pesa 7000 T
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Sistema magnetico
• Solenoide centrale
• l =5.8m , dia: 2.5m
• I=7.7 kA, T=4.5 K,
B=2T
• Toroide Barrel
• 8 avvolgimenti SC
superconducting
l=25m, larghezza
5m
• I=20.5 kA, T=4.5 K
B~0.5T
• Toroide Endcap (x2)
• 8 avvolgimenti in un
unico criostato
• 11m dia.
• I=20.5 kA, T=4.5 K,
B~1T
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• Toroide barrel e solenoide che ci sta
entrando dentro
• Tutto il sistema magnetico in funzione
dall’ Agosto 2008 per lunghi periodi
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• I risultati che mostrero’ sono basati su:
• Eventi di beam splash (raccolti tra il 10 e il 19/9/08)
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• ...ed eventi di raggi
cosmici (autunno
2008 ed estate 2009)
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Tracciatore Interno
• 3 diverse tecnologie
(ottimizzate per flusso) in B
solenoidale di 2T
• Lungo ~ 6m long, raggio 1.1m
• Pixels: celle di 50x400 μm2
• Silicon Strips (SCT): 80 μm x
<12cm, 40 mrad stereo
• Transition Radiation Tracker
(TRT): tubi proporzionali,
danno fino a 36 hits/traccia e
separano e/p (radiazione di
transizione).
Risoluzione in momento necessaria:
spT /pT = 0.05% pT ⊕1%, | h |<2.5
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BARREL
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Tracciatore Interno
• 3 diverse tecnologie
(ottimizzate per flusso) in B
solenoidale di 2T
• Lungo ~ 6m long, raggio 1.1m
• Pixels: celle di 50x400 μm2
• Silicon Strips (SCT): 80 μm x
<12cm, 40 mrad stereo
• Transition Radiation Tracker
(TRT): tubi proporzionali,
danno fino a 36 hits/traccia e
separano e/p (radiazione di
transizione).
Risoluzione in momento necessaria:
spT /pT = 0.05% pT ⊕1%, | h |<2.5
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Sfida: ~1000
tracce/25 ns
36 “segmenti”:
misurati a
150mm di
precisione nel
TRT
7 punti misurati
con precisione
(~10-20mm) nel Si
per traccia
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MC
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Efficienza e livello di rumore
e(Pixel)
10-10!
e(SCT)
Sacrificando
1 pixel ogni
104
Pixel -rumore
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Allineamento e risoluzione spaziale
Pixel:
usando nel
2009 gli stessi
allineamenti
del 2008!
SCT: 30mm
TRT: 187mm
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Risoluzione in momento e in parametro di impatto
I cosmici che attravesano tutto il
tracciatore sono separati in tracce “alte”
e tracce “basse”.
Con queste si misura sia la risoluzione in
pT, che in parametro di impatto.
perfect alignment
s=32 mm
d 0,upper  d 0,lower
p>2 GeV
after alignment
s=49 mm
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Radiazione di transizione nel TRT
• TRT e’ stato disegnato per contribuire alla separazione e/p
• Verifica tramite muoni di alta energia.
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Spettrometro m
•
•
Triggera e misura m (sp<10% fino a ~1 TeV)
Barrel (|h|<1.4)
• 700 camere di precisione (Monitored Drift Tubes)
• 600 camere di trigger(Resistive Plate Chambers, |h|<1.05)
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• Forward:
• 400 camere MDT (|h|<2.7)
• 32 camere CSC (2.0<|h|<2.7)
• 3600 Thin Gap Chambers
(1.05<|h|<2.7, 2.4 per trigger)
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• Mappa dei m proiettati alla superficie (81m sopra il
centro di ATLAS)
• Tracce triggerate da RPC e ricostruite con i soli
RPC
• Si vedono i pozzi di accesso e quelli (piu’ piccoli)
degli ascensori.
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e
Settori alti senza campo magnetico
barrel inner layer
Media -2.1mm
Media 134m
•
•
Buona efficienza
Allineamento con cosmici (B=0)
– Si misura la sagitta nel piano
mediano barrel Measure (sagitta
per m da 1 TeV e’ ~500mm)
– Per raggiungere 10% s/p at 1 TeV
 sagitta <30m
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Media 22m
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Correlazione tracciatore- spettrometro m
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Calorimetri
• Elettromagnetico (|h|<3.2):
– Pb-LAr Accordion
– e/ trigger, identificazione
e misura
s/E ~ 10%/E  0.7%
• Adronico (|h|<4.9)Tile:
– Fe/scintillatore (centrale),
Cu/W-LAr (avanti)
– Trigger e misura jets e ET
mancante
s/E ~ 50%/E  3%
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Messa in tempo LAr con eventi di beam splash
• In eventi di beam splash molte particelle
arrivano sul rivelatore allo stesso
momento  segnali su tutti i canali 
messa in tempo semplice.
TRT barrel
Accordo dati/calibrazione entro 2 ns eccetto barrel presampler
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usando raggi cosmici
• Verificata (tra le altre cose):
• la stabilita’ nel tempo del
LAr.
• La uniformita’ di risposta
delle celle del cal adronico
Tile (estrapolando dal tracciatore)
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• Trigger a 3 livelli (L1, L2 ed Event Filter)
riduce il rate da 40MHz a 200 Hz.
• I 3 livelli sono stati testati con i
cosmici (per quanto possibile…)
Trigger-DAQ
Full EM calo vs. L1 calo trigger tower
L2 tracking algorithms
Event filter - offline reco.
-- fill LHC simulati
-- ATLAS data taking
 efficienza 83%
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Pippa Wells
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Sistema di calcolo
• Complesso di molti centri gerarchicamente connessi (Tier1, Tier2,Tier3)
esercitati con simulazioni e processamento dei dati di cosmici. I cosmici
2008 sono stati riprocessati 2 volte con calibrazioni e algoritmi ottimizzati.
Mentre la produzione Monte Carlo girava in parallelo.
• Il rate di trasferimento (Tier0 a Tier-1 e tra Tier-1) e’ stato mantenuto per
piu’ di 2 settimane al livello sopra il nominale.
MB/s
Giugno 2009
4 GB/s
Nominale x
LHC
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ATLAS e’ pronto per le collisioni
Tutti i rivelatori hanno una % di canali funzionanti prossima al 100%
Sub-detector
Number of
channels
Operational
fraction (%)
Pixel
80 M
98.5
SCT silicon strips
6.3 M
99.5
TRT transition radiation tracker
350 k
98.2
LAr EM calorimeter
170 k
99.1
Tile calorimeter
9800
99.5
Hadronic endcap LAr calorimeter
5600
99.9
Forward LAr calorimeter
3500
100
MDT muon drift tubes
350 k
99.3
CSC muon endcap
31 k
98.4
RPC barrel muon trigger
370 k
~97 ( aim >98.5)
TGC endcap muon trigger
320 k
99.8
Vediamo adesso quali misure affrontare per prime
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Schedula p-p per LHC
nel 2009/2010
Primo fascio:
• Meta’/fine Novembre 2009
Prime collisioni:
• All’ energia di iniezione, i.e.,
900 GeV e per qualche giorno
Prime collisioni ad alta energia
• 7 TeV ( i.e., 3.5 TeV per beam)
1000 ev
per qualche mese fino ad
prodotti con
100 pb
accumulare ~ 100 pb-1
Quindi, a seconda dell’esperienza :
• <10 TeV per ulteriore qualche
mese (e ulteriori ~ 100 pb-1)
-1
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7 TeV
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• Ad esempio passando da 14 a 7
TeV si ha una soppressione del:
•
•
•
45% per W/Z
30% per H (120GeV)
18% per Z’ (1 TeV)
• Quasi tutti gli studi sono stati
fatti a 14 TeV, occorre riscalare
(e simulare a 7 TeV).
28/9/2009 XCV SIF Bari
• Una volta selezionati
gli eventi dal trigger e
dai tagli standard di
analisi si ha (con 100 pb-1:
• ~106J/psi e 5 104Y
• ~4 105 Wmn
• ~ 4 104 Zmm
• ~300 tt → W b W b → μν
Expected number of events in ATLAS for 100 pb-1 after cuts
J/ψμμ
Wμν
Zμμ
ttμν+X
ttμν+X
inside peak
450 GeV q˜ , g˜
+X

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(strong
cuts)
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• La prima cosa da fare e’ calibrare, capire, qualificare ATLAS con i
segnali a disposizione (+ le simulazioni), in particolare:
•
•
•
•
allineamento m e ID (e insieme)  tracce e m (da Z, J/y mm)
calibrazione calorimetro e.m.  Z, J/y ee
scala energia/momento di tutte le parti di ATLAS m(Z, J/y), Wjj,…
efficienza di trigger(s) e di ricostruzione
J/y
Y
@14 TeV
• Le risonanze (l+l-) sono importanti per:
•
•
•
Verificare che le scale dei momenti sono
corrette (masse invarianti =quelle del PDG)
Misurare l’efficienza di tracce (m ed e) con il
metodo del tag-and-probe
Verificare la scala di E nel LAr
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• Quanto piu’ si puo’ calibrare un rivelatore o una misura sui dati, tanto
meglio e’
• Una variabile particolarmente difficile e’ la missing-ET.
• Si puo’ usare Zl+l- “cancellando” un leptone carico e andando a
misurare quale missing-ET trova lo spettrometro (il metodo non e’ pero’
sensibile a cracks o inefficienze locali sconosciute)
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Esempi di prime misure
Molteplicita’ di traccia
• Discrimina tra i modelli ed
e’ importante per prevedere
le condizioni sperimentali
alla luminosita’ finale
• Richiede poca statistica,
ma la comprensione del
rivelatore (soprattutto
tracciatore a basso pT)
• Un caso in cui le 3 energie
(7, 10, 14 TeV) sono un
vantaggio
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Sezione d’urto di produzione di W e Z
• Note teoricamente all 1%
• Distribuzioni in pT QCD initial parton radiation
• Distribuzioni in rapidita’  Parton Density Functions
W Selezionato con:
Singolo leptone isolato con |η| < 2.5 and pT > 25 GeV
• Missing ET > 25 GeV
• Massa trasversa> 40 GeV
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50 pb-1@14 TeV
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Produzione di coppie di top (m, s)
1 l, pT>20 GeV
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ET(miss)>20 GeV
3 Jet, pT>40 GeV
1 Jet, pT>20 GeV
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ttbW bW ben bjj
10 TeV, 200 pb-1
Questa misura richiede
la comprensione di
quasi tutte le
osservabili importanti
• Leptoni
• Jets
• b-jets
• Missing ET
ed e’ rappresentativa del fondo per molte delle analisi “beyond the SM”
• Quando il top sara’ misurato  ATLAS sara’ pronto per la fisica
“di scoperta”
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Il programma del primo anno in un colpo d’occhio
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conclusione
• Arrivederci al XCVI congresso SIF per verificare
che il programma del primo anno di LHC e’
stato realizzato e per proiettarci nel futuro
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