1 CMS: stato e futuro LHC e CMS: consuntivo del Run1 Risultati di Fisica Resonsabilità Padovane Attività LS1 e seguenti Studi per “ Fase 2” (HL-LHC) Burocrazia.

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Sommario Highlights da CMS Contributi e impegni padovani (2018 → 2019)
Transcript della presentazione:

1 CMS: stato e futuro LHC e CMS: consuntivo del Run1 Risultati di Fisica Resonsabilità Padovane Attività LS1 e seguenti Studi per “ Fase 2” (HL-LHC) Burocrazia (richieste serv., preventivi ecc.) Sommario:

2 LHC e CMS: consuntivo Run TeV ( 2010/ ) Frazione di dati pp rilasciati dalla macchina utilizzati per la Fisica: % %

 22Jan X re-reco  Fully certified!  Golden: /fb (91% of recorded)  Recovered data (mainly in ES & HCAL)  Muon: /fb (95% of recorded)  Now on the Public page: GoldenMuon Lucia Silvestris (INFN), Patrizia Azzi (INFN) & Gianluca Cerminara (CERN)

4 LHC e CMS: consuntivo Run1 Primi run nel 2010 ultimi del 2012 Stato del rivelatore

5 LHC e CMS: consuntivo Run1 Pileup Trigger MU ID Risoluzione MET

 Full re-reconstruction of the complete TeV datasets with improved conditions delivered to analysts  Tracker alignement, bad channels  HCAL calibrations, rad-dam corrections  ECAL laser corrections, inter- calibrations  Full re-recontruction of TeV datasets with improved conditions in progress.  Corresponding MonteCarlo will also be resimulated for this legacy dataset.  Production and validation of MonteCarlo samples for PhaseI and Phase II Upgrade physics studies in progress Better electron energy resolution Recover jets at eta=3 With rad-dam corrections

7 Risultati di Fisica Serie di seminari in sezione: lhc

8 Risultati di Fisica Scoperta dell’ Higgs anche (soprattutto) grazie alle camere progettate ( e costruite) a Padova!!!!

9 Risultati di Fisica H  H  ZZ*  4l

10 Risultati di Fisica H  H  4l H  WW  2l2 VH: H  bb H 

Slide 11  241 pubblicazioni basate su dati; 12 in via di completamento  Higgs discovery paper: 1194 citazioni ( ) Risultati di Fisica

12 Risultati di Fisica Analisi con contributo padovano (esclusivo o particolare)

7/1/13 13 Search for a Higgs boson decaying into a b-quark pair and produced in association with b quarks in proton-proton collisions at 7 TeV PLB 722 (2013), 207–232 Two channels: Semi-leptonic (PADOVA) + All-hadronic (Desy) Triggers: m + jets + b-tagging Event selection: ≥ 1 muon + ≥ 3 jets + 3 leading jets b-tagged  Background: heavy flavor multi-jet derived from the data with two independents methods: B-tag matrices and hyper-ball (nearest neighborhood) Ricerca Higgs MSSM: b  ->b(bb)

A.. sample of events, which have high-momentum tracks satisfying muon identification requirements in addition to meeting high-ionization and long time-of-flight requirements, is analyzed independently. In both cases, the results are consistent with the expected background estimated from data. Risultati di Fisica Analisi con contributo padovano (esclusivo o particolare)

Risultati di Fisica Analisi con contributo padovano (esclusivo o particolare)

TITLE: Searches for long- lived charged particles in pp collisions at sqrt(s)=7 and 8 TeV arXiv.orgarXiv.org > hep-ex > arXiv: JHEPAccepted on Juin 2013hep-ex “….Leptons with an electric charge between e/3 and 8e, as well as bound states that can undergo charge exchange with the detector material, are studied. Analysis results are presented for various combinations of signatures in the inner tracker only, inner tracker and muon detector, and muon detector only. Risultati di Fisica

 Heavy top partners are a common prediction of different theories: couple to 3 rd generation quarks, solve hierarchy problem, compatible with 125GeV Higgs  Model chosen: quark T with charge 5/3, typically the lightest  Contino & Servant, JHEP 0806:026 (2008)  Mrazek & Wulzer, Phys. Rev. D 81, (2010)  New result (in publication phase)with 19.6 TeV: MT5/3 > CL  Collaboration: Padova, Brown, Boston 17

18 Attivita’ padovane & responsabilita’ -Commissioning/controllo rivelatore DT : - local trigger sync., time calibrations, on-line / off-line DataQualityMonitoring -Sviluppi / maintenance DT DAQ / DCS -Physics Performance, data certification -DT & Tracker offline Databases -Tier2 operations, data management - attivita’ per “LongShutdown 1” - simulazioni per upgrade/SLHC - Analisi di fisica : Come sopra L1 Responsabilita’ di Padova in CMS: Roberto Carlin Trigg. Coordinator L2 Sandro Ventura DT-DAQ resp L2 Marco Bellato DT-DCS resp L2 Fabio Montecassiano DT electr.coord L3 Martino Margoni BPH PAG subconv. L3 Ignazio Lazzizzera DT upgrade simul L1 Patrizia Azzi PPD coord. L2 Tommaso Dorigo chair stat.comm. L2 Nicola Bacchetta TK techn.coord. L3 Mia Tosi TK DQM resp.

19 Attività LS1 e seguenti LS1: : 7  TeV Fase 1 ( fino a ~ 2020) Contributi Padovani sia per DT Che per TK

DT collaborationJuly 24 th, 2013 Nominal lumi 8 TeV 2 x lumi 8 TeV 3000 fb-1 Timebox theta SuperLayer

DT LS1: FPGA in Trigger  view Progetto interamente sviluppato a Padova: Sostituzione moduli trigger BTIM con FPGA nella vista theta del DT local trigger (1 BTIM = 4x Asics in tecnologia ATMEL 500 um) Stato Sviluppo (fw, hw, PCB) completato mantenendo la completa compatibilita hw/sw con vecchie schede Test funzionali superati: –simulazioni estensive –“TIMEBOX” con cosmici ad LNL Test Radiation Hardness superati per HL-LHC –PSI: p 60MeV –LNL: n < 10MeV Assemblaggio schede completato (ditta esterna) Test di validazione della produzione in corso (OE) Installazione in CMS a partire da Agosto ‘13 Die di un FPGA Actel A3PE3000L con 4 bti piazzati (=1 BTIM) Nuova TRB  con 8 FPGA TIMEBOX nuova TRB sovrapposta a quella della TRB originale

Slow control upgrade 22 S. Ventura Inheriting the solution developed for the upgraded secondary links to control to CUOF boards and the OFCU-TSC Not needed for commissioning of the CUOF-OFCU chain, can arrive later produzione schede e' pressoche' conclusa commissioning: crates da mettere a P5, in autunno

CMS Tracker 2014 o Three main theaters of operation: 1.Test and re-commissioning of the present silicon strip tracker + Pixel detector at low operating temperature for 2015 data taking at ~6.5 TeV per beam. 2.Phase I Pixel upgrade related work 3.Phase II full tracker upgrade related work. July 7, 2013CDS - INFN - PADOVA23

Present Tracker o Presently working on all elements that will allow the tracker (Silicon strips + Pixel) to operate at nominal (cold) temperature (1) : 1.New dry-gas production plant installed and in the commissioning phase 2.New dry-gas distribution system partially installed, to be completed with the installation also of new sensors for diagnostic purposes at the detector end when YB0 will be available for laying new services. 3.Refurbishment of the primary and secondary cooling plants. 4.Installation of heating wires and sensors along the cooling bundles to avoid condensation at low T 5.Sealing the inside of the solenoid volume. (1) This is the main goal for CMS during LS1 July 7, 2013CDS - INFN - PADOVA24

Phase I Pixel Upgrade o TDR approved in October 2012 by the LHCC: o Link, reviews in 2013, EDR in October o ROC (see last year presentation) development and mass production in 2014 o Sensors mass production delivery in 2014 o Module construction starts in July 2014 o Padova: Testing of the ROC chips prior to bump-bonding July 7, 2013CDS - INFN - PADOVA25

DT collaborationJuly 24 th, 2013 Nominal lumi 8 TeV 2 x lumi 8 TeV 3000 fb-1

DT Layout after Relocation Minicrate Cu OF OF Cu Old Sector Collector New Sector collector “TwinMux” Old DTTF µDTTF Schedule: 2015 – validation on a slice 2016 – full deployment USCUXC No schedule interference for achieving validation tests Backward compatible with old SC links 27

Virtex 7 Receiver GTH Sele ctIO GTH TwinMux De-mux Level Translator CML to LVDS Transmitter 30 µTCA 1-slot board Hardware designed for synch/asynch links Monitor capabilities Signal detect, unlock, parity error BX histogram of trigger rate – possibly filtered by quality 1st/2nd muon info (no more sorting) Data spying – last trigger hits (DAQ connection) Same board DT trigger (new SC) and readout (new ROS) Same requirement except for the inner functionality of the firmware Can be used also as RPC concentrator (under discussion) 28

DT Trigger Chain Mbps 80 bit/BX 640 bit/BX Twin Mux Twin Mux Tracker (phase II) RPC µDTTF 30 boards12 boards 2x8 Gbps 192 Gbps 4800 bit/BX µDTTF SB 8 LVDS 240 minicrates 8 Server Boards BS Each sector routed to three trigger processor Each processor is mapped to one full wedge plus its two neighbor wedges A full MxN connectivity will allow different processing schemes, time multiplexing... Input:Max Output: 480Mbps from CUOF or 1.6Gbps from SC 10Gbps to DTTF 29 `Finanziamento già concordato (~150 K€)

30 Upgrade del L1 muon trigger Situazione attuale Tre sistemi separati fino agli ultimi stadi DT, RPC, CSC Ridondanza usata a livello di global muon trigger Per la parte “trigger” Italia coinvolta in DTTF DT sorters CSC MPC CSCTF CSC sorters DT SC DTTF DT sorters RPC LB PAC RPC sorters Global Muon Trigger Global Trigger detectors electronics (responsibilty of detector projects) Trigger (responsibility of L1 trigger project)

31 Upgrade del L1 muon trigger Upgrade Sistemi combinati direttamente nel track finder Ridondanza più efficace Track finders separati per zone in η Barrel (RT+RPC) Overlap (DT+RPC-CSC) Endcap (RPC+CSC) Interesse italiano Algoritmi barrel track finder Sorting e global muon trigger Probabilmente combinati detector trigger Twin mux

32 Upgrade del L1 muon trigger Costi e istituzioni del L1 trigger upgrade L1 calorimeter trigger: 2200 kCHF USA, UK, Portugal, France L2 muon track finders: 2800 kCHF USA, Austria, Greece, Poland, Russia, China Global muon trigger e global trigger: 650 kCHF Austria, Italia Italia 110 kCHF per ∼ metà HW Global Muon Trigger (da discutere in gr1 ma ~ accettato il progetto)

33 Upgrade del L1 muon trigger 2015 Test di una slice di ciascun sistema In parallelo al trigger attuale Per i DT 6 settori su due ruote Splitter ottici Twin mux Prototipo processore e GMT 2016 Attivazione nuovo sistema Twin mux

34 Upgrade del L1 muon trigger Richieste anticipi 2014 Processor Card (MP7)CHF 14,953 AMC13 (interfaccia clock e DAQ)CHF 5,000 Crate μTCA+ Power supply CHF 7,759 vedi dopo Prototipo Virtex 7 processor Gb/s links importante per avere l’upgrade dell'intera colonna L1 da qualificare con la slice DT gia' all'inizio della presa dati nel 2015

35 Phase 2 Upgrades TK: Partecipazione call CSN5 presentata il 27-6

36 Phase 2 Upgrades

DT collaborationJuly 24 th, 2013 Nominal lumi 8 TeV 2 x lumi 8 TeV 3000 fb-1 No indications of aging effects, neither in previous tests Plan to take preventive actions (HV, gas, etc) Perform simulations of the impact of chamber aging (efficiency loss, noise, etc) Pile-up effects also reevaluated in complex regions No indications of aging effects, neither in previous tests Plan to take preventive actions (HV, gas, etc) Perform simulations of the impact of chamber aging (efficiency loss, noise, etc) Pile-up effects also reevaluated in complex regions Radiation and longevity is a concern. R&D in new design: time digitization and direct data forwarding (fundamental architectural differences) Based in FPGA + GBT system. 2-3 optical links/Minic. Simple, robust and low power Readout event matching an trigger primitive generator in USC (slightly better performance possible) Radiation and longevity is a concern. R&D in new design: time digitization and direct data forwarding (fundamental architectural differences) Based in FPGA + GBT system. 2-3 optical links/Minic. Simple, robust and low power Readout event matching an trigger primitive generator in USC (slightly better performance possible)

Minicrate Replacement (Phase 2 /HL -LHC) Move in USC as much information as possible (TDC level) and reconstruct the trigger primitives (BTI, TRACO, TSS) from the collected times The equivalent of BTI, TRACO, TSS should be redone in FPGA (in USC) Hits of the TDC should be tagged by an absolute time GBT chip (bidirectional 4.8 Gb/s) Upgrade of TTC by CERN MIC group ready in 2014 Consider 16 bit per hit (TDC count + tag) and 1 Mhit/s per channel 16 Mb/s per channel 12.8 Gb/s per chamber 2-3 fibers per chamber (depends on the readout layout) At present there are no a rad-hard TDCs that can substitute the HPTDC TDC on Actel ProAsic III / Smart Fusion II (possible integration 80 ch) Move in USC as much information as possible (TDC level) and reconstruct the trigger primitives (BTI, TRACO, TSS) from the collected times The equivalent of BTI, TRACO, TSS should be redone in FPGA (in USC) Hits of the TDC should be tagged by an absolute time GBT chip (bidirectional 4.8 Gb/s) Upgrade of TTC by CERN MIC group ready in 2014 Consider 16 bit per hit (TDC count + tag) and 1 Mhit/s per channel 16 Mb/s per channel 12.8 Gb/s per chamber 2-3 fibers per chamber (depends on the readout layout) At present there are no a rad-hard TDCs that can substitute the HPTDC TDC on Actel ProAsic III / Smart Fusion II (possible integration 80 ch) 38

1 Actel TDCs Actel TDCs GBT Timing, control 4.8 Gb/s Receiver Board 80 Actel TDCs Actel TDCs GBT 80 1 New Minicrate Layout MAD... MAD... x10 New Minicrate Module USC UXC Transceiver x10 39

Scheduled Activities Present TDC is based on Actel ProAsic III FPGA (130 nm) 1 channel (0.1% occupation) 1 ns LSB DNL: 0.5 LSB INL: 1 LSB Extend the present prototype TDC to 100 channels Migrate the design to the new generation of rad-hard FPGA Implementation on Microsemi evaluation board of IGLOO2 device (65nm) Perform a radiation test with HL-LHC dose on the evaluation board Present TDC is based on Actel ProAsic III FPGA (130 nm) 1 channel (0.1% occupation) 1 ns LSB DNL: 0.5 LSB INL: 1 LSB Extend the present prototype TDC to 100 channels Migrate the design to the new generation of rad-hard FPGA Implementation on Microsemi evaluation board of IGLOO2 device (65nm) Perform a radiation test with HL-LHC dose on the evaluation board Preparatory studies for Phase 2 TDR (end of 2014) 40 Test di irraggiamento7 Evaluation board da irraggiare2 Strumentazione2 Totale11 Richieste finanziarie molto limitate

41 Burocrazia Proposta di afferenza Richieste Servizi in sezione Preventivi

42 Personale gruppo CMS DT: Tracker: Le attivita’ di analisi fisica sono comuni Tecnologi CARLIN Roberto100 CHECCHIA Paolo 100 DOSSELLI Umberto 100 GALANTI Mario100 GASPARINI Fabrizio senior GASPARINI Ugo 100 KANISHCHEV Konstantin70 LACAPRARA Stefano100 LAZZIZZERA Ignazio20 MARGONI Martino70 MAZZUCATO Mirco10 MENEGUZZO Anna T. 100 PAZZINI Jacopo100 RONCHESE Paolo 100 SIMONETTO Franco70 TORASSA Ezio 70 ZOTTO Pierluigi 100 ZUMERLE Gianni100 Totale14,1 BELLATO Marco 40MU BENETTONI Massimo 30MU FANZAGO Federica80MU GONELLA Franco 80MU MICHELOTTO Michele20 MU MONTECASSIANO Fa bio 70 MU PASSASEO Marina 100MU PEGORARO Matteo 60MU SGARAVATTO70MU VENTURA Sandro50MU BAGATIN Marta20TK CANDELORI Andrea30TK DING Lili20Tk NEVIANI Andrea20TK Totale6,9 AZZI Patrizia100 BACCHETTA Nicola100 BISELLO Dario70 Dell'OSSO Martino100 DORIGO Tommaso100 Paccagnella Alessandro 30 POZZOBON Nicola100 SILVESTRIN Luca30 TOSI Mia100 WYSS Jeffery30 ZUCCHETTA Alberto100 Totale 8,6 Gran Totale 29,6 ( era 27,5)

43 Richieste servizi Lab. Elettronica: 2 m.u. manutenzione e supporto manutenzione al CERN commissioning slow control CuOF-OFCu 3 m.u. Commissioning TRB 1 m.u. test irreggiamento nuovo mC 12 m.u. manutenzione camere durante LS1 al CERN manutenzione a LNL preparazione manutenzione al CERN, studi di “longevità” a LNL. Off. Mecc. 1 m.u. attrezzi/supporti per test irraggiamento 0,5 m.u. realizzazione secondo sistema portatile di test minicrates Uff.Tecn. 1 m.u disegno attrezzi/supporti DT TRB test irraggiamento Serv. Calcolo : 24 m.u. Supporto cluster locale CMS, supporto CMS center, maintenance/operations/sviluppi T2 Pd-Legnaro Tracker: DT: Preparazione e test chip su wafer 2+4 m/u LE Operazioni al CERN 2 m/u LE Manutenzione macchina radiogena/linea irraggiamento 1 m/u LE Supporti meccanici per test ed irraggiamenti 1 m/u OM

44 Richieste finanziarie Gran Totale: 115,1 m.u. 463,18 € 28106,4 GROUPLEVELITEMRich. MURich. Euro Responsabilita' Missioni Tecnici per attività hardware al CERN: LS1, installazione rivelatori, manutenzione apparato, commissioning. 1349,4 Duty di esperimento 32117,8 Attività di R&D 0,51,9 Metabolismo 29,6142,08 kEuro/mu3,8Gran Totali115,1463,18 Missioni

45 Richieste finanziarie Costruzione Apparati DT (150 k€ già nel costbook approvato ) Twinmux (150 Keur costbook) Disegno pcb (routing)10 Prototipo PCB + Montaggio + componenti prototipo + attrezzature:15 Produzione 2 Twinmux prototipo :20 2 crate uTCA con alimentazione e controllo20 2 AMC-138,5 2 AMC-TTC receiver10 Clock tree10 DTTF emulator hardware10 produzione 5 TwinMux (10 settori) per slice di qualifica40 Splitter ottici per slice5 148,5 Logic state analyser 10 Gbit (inventariabile in dotazioni)50 (109KSFR costbook) controller AMC134,2 microGT Card (MP7) processore UK12,5 Crate + Power supply6,5 MCH (crate controller)3,8 Totale anticipo26,9 NB l'anticipo al 2014 e' importante per avere l'intera colonna L1 upgradata da qualificare con la slice DT gia' alll'inizio della presa dati nel 2015 Costruzione Apparati Trigger (109 kSFR nel costbook del trigger non approvati ) Richiesta condivisa con LHCb

46 Richieste finanziarie Consumo R&D DT (rinunciato a call gr 5) Consumo TK Test di irraggiamento7 Evaluation board da irraggiare2 Strumentazione2 Totale11 CONSUMOINV APP TOT autoMetmanT2 upgrade/SLH C* M&OBtot cons twinmuxtrigger 830, ,2 148,526,9251,4 414, , ,25 Camera pulita3 Trasporti e strumentazione R&D3 Totale6 Metabolismi, auto ecc DT TK Gran Totale M+APP+Cons… 741,8

47 Backup Pileup

Present Tracker o 2014 main challenges: 1.All elements allowing safe operation of the tracker at low T need to be properly tested and commissioned in Tracker silicon strip to be re-commissioned at new low operating temperature. 3.New beam pipe to install + bake-out. This is crucial for the phase I Pixel upgrade detector as clearances and tolerances are minimal. 4.Present pixel detector to be re-installed after some minor repair work currently on-going, and re-commissioned at low temperature. July 7, 2013CDS - INFN - PADOVA48

Present Tracker o Jan-Feb: –Restart operation at P5 –In parallel tests DAQ with new TCDS (1) in B186 o March: 1 week global run o Mid April: beam pipe installation o End April: 4 weeks of CV maintenance → Tk OFF –in parallel: installation of DAQ 2 and new TCDS o End May: re-commission tracker with new DAQ2 and TCDS –global run with CMS as soon as tracker and XDAQ are ready o July: two mid-week global runs o July: Installation of the Pixel detector –Commissioning of the Pixel at low T (1) TCDS = trigger clock distribution system based on μTCA. Substitutes the old TTC July 7, 2013CDS - INFN - PADOVA49

Present Tracker o Beginning of August: global run before closing CMS (likely a couple of weeks) o August: closing CMS and 3.8T magnetic field –Crucial point for testing dryness of the environment for cold operation (both silicon strips and Pixel) o End August – Mid September: 4 weeks of CRAFT o September– October: continue mid-week global runs o November: 4 weeks of cosmic challenge o December – January: getting ready for beam. August-December 2014 is also contingency time in case CMS needs to re-open. July 7, 2013CDS - INFN - PADOVA50

51 DT: prestazioni rivelatore -Il rivelatore ha operato stabilmente; < 1% canali morti, > 99.5% DAQ “live time”; ottime prestazioni di trigger, timing dei muoni e ricostruzione (piu’ che soddisfacente ottimizzazione di calibrazioni, configurazioni di trigger, allineamenti) -Detector Control System affidabile, tools di data quality monitoring ben sviluppati e integrati nel software generale dell’ esperimento -sistema consolidato di shifts+ expert on-call ( man-power al Cern ragionevolmente limitato) efficienza del L1 local trigger nelle camere a mu r.m.s. of Rec.hit residuals distributions ~220  m problemi noti (e risolti)

CMS Upgrade Strategy 52 Phase 1 : 13/14 TeV - 500fb -1 Phase 2 : 13/14 TeV fb -1 LS LS2 18 (19?) 12 20fb -1 LS >30 n Assume 25ns operation, or lumi-leveling at 50ns as a fall-back u For Phase 1 (up to LS3) l Design to operate at =100 (eg Pixel BandWidth) l Simulate performance for =50 as a “baseline” and degradation for =100 u For Phase 2 l Simulate and design for =100 as a “baseline” and degradation for =200 n Prepare for significant peak luminosity and pile-up even before LS2 u Pixels – HF – L1-Trigger ready before LS2 l New beam-pipe – Pixel cooling system – Pixel pilot blade installation in LS1 l Optical splitting for ECAL installation in LS1 for L1-Trigger l Need an extended TS in 2016 for Pixels installation, not in current LHC schedule n Maintain flexibility to adjust to evolving performance, schedules and funding u Develop a consolidated schedule and model for the funding to allow the right strategic decisions (subset included in the TDR)

53 Calcolo: T2 Pd-LNL + local cluster - Esperienza consolidata su un notevole carico di lavoro - sia simulazioni (scheduled processing) che job di analisi (random CPU usage) ~1000 CPU’s, ~100% usage ~last 24 h EVO, web-mon outreach, student’s demo CMS center & local cluster (analisi interattiva)