I primi 108 trigger di CMS Tommaso Boccali Scuola Normale Superiore Pisa Per CMS 16/11/2004 Tommaso Boccali 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? 16/11/2004 Tommaso Boccali 2 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 16/11/2004 Tommaso Boccali 3 Schedule (ultima versione) seguo la schedule ufficiale, May 04, Oct 04eventuali + 1mo considerando Aug 05 modifiche una traslazione di Jul 05 questa Dec 05 nel tempo • US and UX area delivered to CMS • Magnet test on surface • “Ready for crates in USC” • Start Lowering CMS • 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 : 1 Agosto 2007: primo from mid May 07 * After Shutdown fascio • 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) 16/11/2004 Tommaso Boccali 4 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: 16/11/2004 Tommaso Boccali 5 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%?) 16/11/2004 Commissioning fatto durante la costruzione Tommaso Boccali 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 6 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 16/11/2004 Tommaso Boccali 7 HCAL HCAL Endcap completamente costruito e pretestato in superficie (ongoing now) Barrel costruito in superficie, ma cablato nel pozzo (deve essere nel magnete) commissioning Allineamento iniziale fatto con fotogrammetria (1-2 mm) 16/11/2004 Calibrazione relativa in tempo fatta con fibre calibrate in lunghezza Outer costruito in superficie, ma cablato nel pozzo DAQ in locale funzionerà appena nel pozzo Tommaso Boccali 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 8 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… 16/11/2004 Tommaso Boccali 9 Muoni – CSC/RPC CSC Elettronica presente solo fino a eta 2.1 (invece di 2.4) RPC Camere presenti solo fino eta < 1.6 Test di camere, elettronica, cavi e servizi fatta Superficie: a Dubna dopo la consegna al CERN, in SX5 in DAQ locale Tommaso Boccali DAQ local con i FED per misurare inefficienze Nel pozzo: 16/11/2004 Limitazione su trigger L1 Ancora local DAQ Sistema permanente con cromatografo usato per monitorare performance vs condizioni del gas 11 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 subdetector Globale: allineamento temporale tracker-muoni 16/11/2004 Tommaso Boccali 12 Magnete Magnet test a partire dall’agosto 2005 in superficie Current (A) Ramp down a 4.2K ~ 1 mese, 20000 seguiti da 2 mesi di commissioning e da 1.5 mesi di mappatura del campo 18000 16000 Richieste: 1% risoluzione Pt per 100 GeV DB/B~0.1%-0.5% (tracker volume) (circa 1% uniforme per costruzione) DB/B~0.4% calorimetri DB/B~1% muoni Intervention 14000 Ramp Up 12000 Ramp Down with Power Converter 10000 Slow Discharge 8000 Fast Discharge 6000 4000 Come: 2000 Sonde di Hall + NMR Numero punti da sondare è soggetto di studi ora 16/11/2004 0 Tommaso Boccali 0 60 120 180 240 13 300 time (min) 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 16/11/2004 Praticamente utilizzabile solo per allineare sub detectors, non detectors all’interno di un sub detector Tommaso Boccali 14 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 16/11/2004 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 Tommaso Boccali 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 15 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% Test Beam LY – Labo LY corr Precisione già ottimale… 16/11/2004 Tommaso Boccali 16 HCAL Risultati dai test beam 1996 e 2002 Misurati shower profile, risposta e/p, linearità Alla fine, calibrazione da Test Beam e da Geant 4 Simulazione già ok da molti punti di vista; dopo la calibrazione accordo MC/DT: ~120%/sqrt(E) 16/11/2004 Tunato su test beams adesso Risoluzione in energia: 5% Separazione e/p: 5% linearità Tommaso Boccali 17 Muoni Allineamento: le risoluzioni intrinseche sono dell’ordine di 200um Allineamento precedente, senza magnete, non ha molto senso: Bon/Boff genera spostamenti dell’ordine del cm Metodo ottico: strutture rigide+ connessioni ottiche (laser, CCD) 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 Posizione relativa camere ~ 150 um Allineamento temporale noto camera per camera; manca quello fra le camere per il quale serve il fascio 16/11/2004 Tommaso Boccali 19 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 Triggers casuali Necessari per studiare la fisica del minbias Trigger calorimetrici Trigger di Muoni Una volta che siamo allineati in tempo 16/11/2004 Tommaso Boccali 20 Trigger – Alto livello? L1: L2: Ok praticamente solo nel barrel (mancano ECAL e RPC) Pixel usati per Identificazione del corretto vertice del segnale 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 Raffinamento della misura di impulso dei muoni 16/11/2004 Tommaso Boccali fattore 10 in risoluzione sul Pt col tracker complet , ma basta lo strip tracker e più tempo Isolamento 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 Si può provare a fare qualcosa con il tracker, ma è lento Particle Id: distinguere e+ da e- da gamma da jet 21 Trigger ECAL Livello 1 in pratica non distingue fra e+e- e g e+/e-/gamma Necessario tracker Distinzione jet-cluster em Reti neurali, anche senza tracker da variabili di shape Cosa posso fare senza pixel (tracker)? 16/11/2004 Tommaso Boccali 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 22 Trigger HCAL Molto più facile, visto che a nessun livello entra il tracker … Nominale? 16/11/2004 Tommaso Boccali 23 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: L2 (10%) Tracker essenziale per discriminare muoni prompt da decadimenti (b, K …) Risoluzione molto migliorata Senza Pixel: Risoluzione ok con le strip, dato un tempo sufficiente L3 (1%) Pt 16/11/2004 Tommaso Boccali 24 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 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 Allineamento tracker Saturiamo con elettroni ~ 10 GeV Tanti minbias Per calcolare/controllare le occupanze del Tracker Per calibrare ECAL/HCAL 16/11/2004 Tommaso Boccali 25 “Fisica” 1 milione di W, in particolare 100000 W in mm e ee 0.5 milioni di Z; in particolare ~15000 Z to mm e ee 500000 J/Psi in due m 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) s(W) ~200 nb s(Z)~50 nb ; BR(ee,mm)=3.4% 2000 eventi Lo posso fare senza btag? s(tt)~1 nb s(J/Psimm)~50 nb 16/11/2004 Tommaso Boccali s(bb)=500 mb; 26 5x10-5 BR(BJ/psi)*BR(J/Psimm)= Tavole di trigger a HLT Non ancora studiate, ma qualche idea (1031) Soglia single mu HLT ~10 GeV per avere 10 Hz Soglia single jet ~150 GeV ~10 Hz 10 GeV ~ O(10) Hz Oppure basso e prescalato per far entrare le eta e i p0 Soglia ET miss Studi di QCD, calibrazione HCAL+ECAL Single E/g Cambia poco per m 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 Jet a 50 GeV + ET miss 50 GeV ~10 Hz MinBias O(10) Hz 16/11/2004 Tommaso Boccali 27 Come/dove li studiamo? Quanta roba è? 100 milioni di eventi, 1.5 MB a evento = 150 TB 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 Solo se il Tracker è in zero qui, su nastro al CERN (backup) Computing model staDa per essere suppressed mode, Su tutti gli altri Tier 1 altrimenti molto approvato, di più Su disco CMS Week di+ nastro Come li prendiamo? Dicembre 2004 Stream separati 16/11/2004 Dove li analizziamo? Stream = bit field del trigger Di sicuro importanti per muoni e ECAL, per il Tracker meno importante Al Tier1 del CERN solo le cose con feed back più rapido (allineamenti?) Ai Tier1 di riferimento per il Detector Tommaso Boccali Ai Tier 2 di riferimento, solo gli stream richiesti (disco) Calibrazioni Ai Tier 2 alcuni subsamples per debug Valutazione: 25% delle calibrazioni fatte al CERN 29 Stream Muoni, ECAL, HCAL Bastano streams specifici+minbias Muoni Zmm 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 16/11/2004 Tommaso Boccali 30 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 16/11/2004 Tommaso Boccali Esempi: Di-muoni (J/Psi, Z, …) in cui entrambi dovrebbero passare il trigger Muoni e Jet Di-jet 31 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 … 16/11/2004 Tommaso Boccali 33 Tracker – simulazioni sui pixel Prova di concetto Prendere 348 pixel det Fissarne uno come reference e considerare 6 gdl per ogni altro Facile, tutti punti 3D 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 16/11/2004 Stabilità termica su questo tempo scala? Tanta CPU offline Tommaso Boccali 35 ECAL Goal finale è un termine costante della risoluzione allo 0.5% Con ~10k Zee e ~100k We non è pensabile calibrare tutti i canali, ma intercalibrare le diverse regioni del calorimetro (SuperModuli o Moduli) TB2003 Elettronica finale (MPGA+FE Settare la scala assoluta di ECAL usando MZ Studi sulle eta e p0 Eta in 2 gamma Pt>3 GeV: Tommaso Boccali 20 mb, 2e8 eventi … p0 in 2 gamma Pt>3 GeV: 16/11/2004 Considerando calibrazione media nel modulo 100 mb, 1e9 eventi 36 We … 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 Minimum bias dovrebbero permettere una intercalibrazione veloce se si sfrutta la simmetria in f di ECAL e si equalizza la risposta Calibrazione dei cristalli nello stesso f 2% molto presto (fortunatamente I mb non mancano) 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. 16/11/2004 Tommaso Boccali 37 HCAL Una volta pre-calibrato con sorgenti + test beam Dati! Minimum bias Jet corrections (dovuti alla non linearità della risposta) Risposta media per torre da confrontare col MC e con torri a stessa Random trigger: 100Hz, 20M eventi sono meno di una settimana; ma in realtà vanno bene anche altri eventi; può essere guardata prima di HLT 16/11/2004 Tommaso Boccali 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 38 Muoni Allineamento: Risoluzione intrinseca delle camere ~200 mm 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 16/11/2004 Tommaso Boccali 40 Databases Calibrazione / allineamento Il più vicino possibile a CMS (accanto alla HLT farm possibilmente) Poi copiati sul Tier 0 e replicati ai Tier1 Dati da usare nell’HLT Necessari anche durante l’analisi Stima = 90 TB /anno 16/11/2004 Tommaso Boccali 41 Data flow Online Master Data Storage Offline Reconstruction Conditions DB ONline subset Bat 513 Conditions Configuration Master copy Tommaso Boccali Conditions 16/11/2004 Calibration Equipment Configuration Conditions Offline Reconstruction Conditions DB OFfline subset 42 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 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! Random trigger per esempio 16/11/2004 Tommaso Boccali 43 Fisica? Probabile: Sezioni d’urto W e Z 10000 coppie tt, ci si può fare qualcosa senza b tagging? Se non abbiamo altro si farà certamente... 16/11/2004 Da LHC ~20%?? (Difficilmente) possibile: Improbabile: Verificare MC ... Fare una prima misura della luminosità partonica indipendente da tutto il resto (misura di PDF*Lumi) Tommaso Boccali 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 ... 44 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 16/11/2004 Tommaso Boccali 45 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 16/11/2004 Tommaso Boccali 46 16/11/2004 Tommaso Boccali 47 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 16/11/2004 gain, pedestal : analog calibration noise, threshold : per la zero suppression Tommaso Boccali 48 ECAL quantity of data start-up calibrations calibrations from cosmic runs calibrations from physics runs 16/11/2004 1 value /crystal 1 value /crystal 1 value /crystal data from Construct. DB Test-beam analysis PRS Data recording frequency analysed by needed by Construction DB ORCA, online farm, configuration DB once Test-beam analysis ORCA, online farm, configuration DB once ORCA, online farm, configuration DB every time a new calibration is available PRS NumeroTommaso moltoBoccali minore del tracker 49 Tools HCAL TDR (1996) & SK (26-Sep-2000) A) Collimated Co60 gamma source E) Test beam - every tile: light yield - during construction all tiles (100k tiles) - normalization between GeV vs. ADC vs. A,B,C,D - ratios: elec/pion, muon/pion B) Moving Co60 gamma source: - full chain: gain - during CMS-open (manual) all tiles - during off beam time (remote) tiles in layer 0 & 9 - before assembly a few wedges F) Monte Carlo - from testbeam to CMS G) Physics events C) UV Laser: - full chain: timing, gain-change - during off beam time tiles in layer 0 & 9 all RBX (readout box) D) Blue LED: - timing, gain change - during the off beam time all RBX (readout box) + H) QIE Card Linearity Test (2004) 16/11/2004 (YeonSie Chung) Tommaso Boccali -inter channel calibration min. bias events Isolated muons Isolated charged hadrons - jet energy scale g+jet, Z+jet balancing di-jets balancing di-jet mass W->jj in top decay -MET energy scale (2004) Z+multi jets (Zmm, tt) 50 Calibration Scenario (HB/HE) HCAL TDR (1996) & SK (26-Sep-2000) 1) During manufacturing: (done) - collimated g source - moving source: (same to HF) all tiles all tiles . 2.1) After HB/HE assembled: 2002-2007 - moving g source: - UV laser: all tiles / 2 layer 2 layers/wedge . 2.2) With sample modules: 2002-2006 - test beam: a few wedges. Absolute calib. Accuracy of 2% for single particle . 3) Before closing the CMS: 2005-2007 - moving g source: - UV laser & blue LED: all tiles all RBX . 4) Beam off times: 2007- moving g source: - UV laser: - UV laser & blue LED: 2layer/wedge 2layer/wedge all RBX . 16/11/2004 Monitor for change with time Accuracy < 1% once/month (?) 5) Beam on (in situ): 2007- physics events Slice Test in SX5 - all channels - ECAL+HCAL Tommaso Boccali a few times/day (?) 51 ECAL 16/11/2004 Tommaso Boccali 56 ECAL calib with eta 16/11/2004 Tommaso Boccali 57 Muon 16/11/2004 Tommaso Boccali 58 Muon L1 16/11/2004 Tommaso Boccali 59 HCAL 16/11/2004 Tommaso Boccali 60