Lezione 22
Trigger
Trigger: seleziona gli eventi interessanti fra tutte le collisioni. Decide se
l’evento deve essere letto ed immagazzinato.
Sistema di acquisizione dati (DAQ): raccoglie i dati prodotti dall’apparato e li
immagazzina (se il trigger ha dato l’O.K.). È costituito da:
 Elettronica di front-end : riceve i segnali dell’apparato e del trigger e digitizza
l’informazione.
 Lettura (rete di lettura) : legge i dati trattati dall’elettronica di front-end e forma gli
eventi completi (Event Builder).
 Central DAQ : immagazzina gli eventi, eventualmente li processa e li filtra.
Controlla tutta la configurazione.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 22
Trigger
Trigger and DAQ
Analog
signals
Trigger
System
design
feedback
Data
Acquisition
System
decisions
raw data
Mass Storage
Detector &
Trigger
Simulation
Reconstruction &
Analysis
DAQ = Data AcQuisition
Rivelatori di Particelle
Physics Results
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Lezione 22
Trigger
Il ruolo principale del trigger e dell’acquisizione dati è quello di processare i
segnali generati dall’apparato e di immagazzinare i dati raccolti su disco o
nastro.
Altre funzioni ed informazioni sono comunque necessarie :




Informazioni dall’acceleratore
Costanti geometriche e di funzionamento dell’apparato
controllo dell’esperimento
Condizioni di lavoro (come richieste dallo sperimentatore)
Rivelatori di Particelle
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Lezione 22
Trigger
Accelerator
Detectors
Accelerator Detector
status
status
Raw signals
Trigger
& DAQ
System
Information
Conditions
Experimenter
Database
Detector, readout
descrip. constants
Event
data
Status
Data Store
Settings
Experiment
Control
Rivelatori di Particelle
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Lezione 22
Trigger
Perché è necessario ?
 Per selezionare gli eventi interessanti
 Per sopprimere il fondo
 Per ridurre le dimensioni dei dati raccolti
 L’acquisizione dati richiede un tempo trec che tipicamente è di parecchi ms per
evento.
 Se il rate R degli eventi selezionati dal trigger non è piccolo se paragonato a
1/trec si ha del tempo morto. Il rate di eventi immagazzinati sarà quindi minore
del rate di eventi reali:
Rivelatori di Particelle
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Lezione 22
Trigger
Un esempio molto semplice di un trigger: Un esperimento di scattering in cui
solo le particelle del fascio diffuse all’angolo q vengono raccolte.
Condizioni per immagazzinare l’evento :
T = B1& B2& S3& S4
Tutti gli altri eventi vengono buttati.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 22
Trigger
In esperimenti ai collider adronici (ma non solo) i sistemi di trigger devono
essere molto più selettivi.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 22
Trigger
• Rate di eventi ad un Collider pp e p‾p
Tevatron (2TeV), L=2x1032 svis≈60 mb  R=2x1032x60x10-27≈12x106 Hz
Se voglio studiare lo Z0 s~ 2 nb  R=2x1032x2x10-24x10-9~0.4 Hz
 Fattore di reiezione ≥ 107
LHC (14 TeV), L=1034 svis≈ 80 mb  R=1034x8x10-26 = 8x108 Hz e numero
medio di interazioni per crossing (25 ns) ~ 20.
Se vogliamo studiare l’ Higgs ci attendiamo per questo canale un rate ~ 10-5
Hz
 Fattore di reiezione ~ 1013- 1014
Rivelatori di Particelle
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Lezione 22
Trigger
• Rate ai Collider e-p
Interazioni elettrodeboli. La sezione d’urto dipende da Q2.Per Q2>1000GeV
s ~150 pb e L ~ 1031  R= 150x10-12x10-24x1031~ 5 eventi all’ora.
Fondi: interazioni beam gas del fascio di protoni.
• Rate ai Collider e+eInterazioni elettromagnetiche  sezione d’urto abbastanza piccola.
2
e
2
s

s

3

q
 4s 
4
21.9(nb)
qq

s  
 2
3s
E fascio (GeV 2 )

Lep ( E=55 GeV), L=1031  R ~ 5X10-4 Hz. (eventi qq).
se voglio studiare lo Z (s ~ 50 nb)  R= 0.75 Hz
Fondi: interazioni beam-gas, sciami nel tubo a vuoto R= 103-104 Hz
fattore di reiezione 103-104
Rivelatori di Particelle
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Lezione 22
Trigger
Rivelatori di Particelle
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Lezione 22
Trigger
 La decisione del trigger è presa in diversi livelli successivi.
 Crescendo il livello cresce la sua complessità e selettività.
 Tutti i dati selezionati dal livello precedente devono essere
immagazzinati fino a quando una decisione del trigger del livello attuale
non è stata presa.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 22
Trigger
Rivelatori di Particelle
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Lezione 22
Trigger
Esempio : trigger di livello 1 di ATLAS
Rivelatori di Particelle
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Lezione 22
Trigger
Il trigger di livello 1 è senza tempo morto  la decisione del trigger deve
essere presa ogni 25 ns!
Durante il tempo di latenza del trigger i dati di ogni singolo canale dell’apparato
devono essere immagazzinati in pipelines di lunghezza 128 celle. Infatti il
tempo di latenza del trigger è di 3 s e 128x25 ns = 3.2 s.
Unità di lettura
Rivelatori di Particelle
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Lezione 22
Monitor online
L’ultimo livello di trigger normalmente agisce sull’evento completo ed oltre ad
eliminare eventi che non soddisfano le richieste di nessuno dei trigger può
suddividere gli eventi accettati nei vari canali di fisica sotto studio.
Il risultato di quest’ ultimo filtro permette di immagazzinare i dati su disco o
nastro etichettati quali candidati di un particolare canale.
A questo punto intervengono anche dei programmi di monitoraggio on-line che
sia controllano il corretto funzionamento dei vari pezzi dell’apparato, sia
forniscono un display degli eventi candidati dei vari canali di fisica sotto studio
(per un sottoinsieme di eventi).
Inoltre un sottoinsieme di eventi è anche usato per calibrare o controllare la
calibrazione dell’apparato.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 22
DAQ
Naturalmente non c’ è una chiara divisione fra il DAQ ed i trigger di livelli
elevati.
Quello che possiamo dire è che mentre i trigger sono (almeno i livelli più bassi)
hardware, l’acquisizione dati è essenzialmente un processo sofware.
L’acquisizione dati è nota come il processo di raccogliere e calibrare i dati rozzi
provenienti dai vari pezzi dell’apparato ed immagazzinarli per una successiva
analisi offline.
I dati rozzi vengono riuniti in parti logiche, chiamate eventi, che corrispondono
ad una stessa interazione.
Anche se una grossolana ricostruzione in osservabili fisiche può essere fatta
dalla DAQ, spesso la ricostruzione degli eventi in osservabili quali impulso,
energia, massa, tempo, ecc. è il compito principale dei programmi di
ricostruzione offline.
Rivelatori di Particelle
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Lezione 22
Controllo
La complessità e le dimensioni degli apparati del giorno d’oggi impone che tutti i controlli
e gli aggiustamenti dell’apparato possano essere eseguiti con un controllo remoto
(software).
Il concetto di “slow control” include l’immagazzinare, il monitorare, il controllare ed
eventualmente l’aggiustare tutti i parametri dell’esperimento che devono stare a dei valori
ben precisi durante la presa dati.
Questi parametri non sono direttamente associati agli eventi, ma comunque possono
avere un’influenza significativa sulla qualità dei dati raccolti.
Alcuni di questi parametri includono:
 Alte tensioni e correnti di tutti i sotto-apparati.
 Sistema di gas per le varie camere (circolazione del gas, temperatura, pressione, purezza
ecc.)
 Basse tensioni di tutta l’elettronica di front-end (preamplificatori, formatori ecc.)
 Temperatura dell’elettronica di front-end e sistema di raffreddamento dell’apparato.
 Controllo dei magneti (e monitoraggio)
 Controllo del sistema criogenico per magneti superconduttori o rivelatori a gas nobili
liquefatti.
 Sistema di interlock
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Lezione 22
ATLAS
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Lezione 22
CMS
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Lezione 22
Alice
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Lezione 22
LHCb
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