Il commissioning dell’esperimento ATLAS a LHC A. Andreazza Università di Milano e I.N.F.N. a nome della Collaborazione ATLAS

Large Hadron Collider XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC2 ATLAS Collisore p-p a 14 TeV nel centro di massa Luminosità di design cm -2 s -1 Conferma del modello di Higgs e ricerca di estensioni al Modello Standard Primi fasci circolati il 10 settembre

Primo fascio di LHC XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC3 Il 10 settembre ATLAS è stato illuminato dai primi fasci di LHC. È un punto di arrivo per chi da molti anni si sta dedicando alla costruzione del rivelatore......ed il punto di partenza per molti anni di ricerca. ATLAS è pronto per la fisica ad LHC! –Stato dei rivelatori commissioning con raggi cosmici –Sistema di DAQ –Modello di calcolo

A Thoroidal LHC ApparatuS XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC4 CMS and ATLAS are two of a kind They’re looking for whatever new particles they can find. The LHC rap

I magneti superconduttori –Barrel Toroid –2 End-Cap Toroids –Central Solenoid –20 m diametro x 25 m lunghezza –12000 m 3 volume –20.5 kA a 4.1 T nel toroide –1.6 GJ energia immagazzinata –superconduttore a 4.8 K XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 20085A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC

Mappatura del campo XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 20086A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC Solenoide centrale –campo 2 T –mappatura + modello analitico –accordo a 0.4 mT –monitoraggio con 4 sonde NMR, precisione 0.01 mT Toroide –integrale di campo: Tm nel barrel Tm negli endcap –monitor con ~1800 sonde Hall –precisione relativa 5×10 -3 Effetto trascurabile rispetto alla sistematica dell’allineamento nei tracciatori.

Rivelatore di muoni XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC7 preliminary H (m H 130 GeV)  ZZ *  µ + µ - µ + µ - MC

Sistema complesso con due funzionalità. Trigger su muoni proveniente dalla regione di interazione –Resistive Plate Cambers nel Barrel –Thin Gap Chambers negli EndCap Tracciamento di precisione nel toroide: –deve misurare una sagitta di 500 µm su di una lunghezza di 5 m, con una precisione di 50 µm –Camere a deriva (MDT) nel Barrel –Camere multifili (CSC) negli EndCap –Allineamento e suo monitoraggio sono essenziali. XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC8

Allineamento delle camere a mu Deformazioni: –gravità –variazioni di temperatura –condizioni operative (gas, HV) Sistema ottico –monitoraggio (e correzione parziale) on-line delle deformazioni Calibrazioni quasi on-line –determinazione della relazione tempo-distanza –allineamento con tracce XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 20089A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC

Muon system: commissioning status Alcune camere hanno raccolto dati con campo toroidale già nel 2006 Lo stato corrente: –MDT: completamente installato, con il sistema d’allineamento funzionante >99% –RPC: solo 1 settore (su 16) deve completare il collaudo con cosmici. –CSC: completamente installate –TGC: installate con 0.03% di canali inefficienti. XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC Cosmics

Calorimetria adronica XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC11 SUSY, with LSPs escaping detector preliminary MC

Calorimetria adronica Tile calorimeter Fe+scintillatore dimensione radiale 7.4 tile raggruppate in modo da formare torri  ×  = 0.1 ×0.1 con geometria proiettiva 5000 celle –di cui 43 disabilitate (<1%) Risoluzione misurata (testbeam): XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC12 Each module corresponds to 0.1 in phi.

Presa dati con cosmici Verifica della calibrazione usando la perdita di energia con particelle al minimo. Definisce un buon trigger puntante (utile per gli altri rivelatori) Tile calorimeter XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC13 Muon Energy Loss Tile Calorimeter Calibrazione L’uniformità della risposta è un requisito essenziale per la misure di energia e momento mancante. Sistema basato su una sorgente mobile (  10 mCi di 137 Cs): cammino attraverso tutte le tile uniformità <3% Cosmics

Calorimetria elettromagnetica XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC14 H (m H 120 GeV)  (inclusive) preliminary MC H (m H 120 GeV)  (2 jet) preliminary MC

Calorimetro a Liquid Argon Calorimetro a campionamento Pb/LAr Struttura a “accordion”: –non ci sono gap di accettanza Segmentazione longitudinale: –separazione  / , misura di leakage –|  |<3.2 (|  |<1.8 con presampler) –  ×  = ×0.025 (middle layer) Da dati di test-beam –uniformità e non linearità: 0.5% –risoluzione per 2.4 X 0 in fronte al calorimetro. Dopo l’installazione in ATLAS: –0.02% di canali morti XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008 A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC 15 Barrel EndCap particles

Cosmici nel LAr XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC16 Run di raggi cosmici sensibilità per particelle al minimo misura di uniformità della risposta. Risposta (Landau  Gauss) per diversi algoritmi di ricostruzione Risposta per diverse profondità di cella Cosmics

Misura di momento Identificazione di elettroni Ricostruzione dei vertici di interazione specialmente nel caso di pile-up Tracciatore interno XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC17 preliminary Identificazione di getti con quark b MC

Tracciatore interno XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC RivelatoreTecnologia R min -R max [mm] Fluence [n eq /cm 2 ] PassoRisoluzione [µm] Punti RR Z RR Z Transition Radiation Tracker (TRT) Tubi a streamer × mm-130-~40 Semicondutor Tracker (SCT) Strip di silicio × µm  20 mrad stereo Pixel Detector Pixel di silicio × µm400 µm~10~1203 Rivelatore più vicino alla regione di interazione: –alta densità di particelle 1000 tracce/evento a luminosità nominale –alta dose di radiazione –scalano come 1/r 2 Diverse tecnologie: –ottimizzazione di costi e pattern recognition –diversa struttura dei servizi (TRT a temperatura ambiente, silici a ~0  ).

Inner Detector: stato installazione XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC Completamente installato in caverna: ultimo componente: rivelatore a pixel il 29 giugno 2007 Da allora 10 mesi per il cablaggio e la connessione dei servizi. –Run di cosmici intermedi Il 1 maggio serio danneggiamento ai compressori del sistema di cooling evaporativo di Pixel ed SCT. –Commissioning completato in queste settimane Numero di canali non funzionanti: –TRT: <2% –silicio: % –missing cooling in part of endcap: ~2% SCT, 10% pixel  riparabili inverno 2008/2009 Cosmics

Cosmici nei pixel! XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC Pixel ed SCT hanno (ri)cominciato a raccogliere dati con cosmici il 14 settembre. Maggiori dettagli nella presentazione di Lidia dell’Asta Cosmics

Misura di luminosità XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC21 Lucid

FIRST LUCID HITS ON Sept. 10 th ! Lucid With BEAM 1 LUCID With BEAM 2 MBTS LV1C

Trigger / DAQ architecture USA15 SDX1 Gigabit Ethernet Event data requests Delete commands Requested event data Regions Of Interest LVL2 Super- visor Network switches Second- level trigger pROS ~ 500 stores LVL2 output LVL2 farm UX15 Read- Out Drivers ( RODs ) First- level trigger Dedicated links VME Data of events accepted by first-level trigger Read-Out Subsystems ( ROSs ) USA Read- Out Links RoI Builder ~150 PCs Event data ≤ 100 kHz, 1600 fragments of ~ 1 kByte each Timing Trigger Control (TTC) DataFlow Manager Event Filter (EF) ~1600 Network switches Event data pulled: partial ≤ 100 kHz, full ~ 3 kHz SDX1 dual-CPU nodes CERN computer centre Event rate ~ 200 Hz Data storage 6 Local Storage SubFarm Outputs (SFOs) ~100 Event Builder SubFarm Inputs (SFIs) Collision rate 40 MHz

Data Quality e Calibration Model XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC

Data quality DQ monitoring: –I risultati del primo processamento sono disponibili sul web dopo ~1h dall’inizio della presa dati. XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC Probabilità di hit nel silicioResidui/errore muon fit in MDT Cosmics

Calibrazioni XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC Pixel R  Pixel  SCT R  SCT  [mm] Il primo allineamento tra i sottorivelatori a silicio pochi giorni dopo i primi dati con cosmici! Simulazione del processo di calibrazione delle camere a muoni Massa della Z ricostruita in µ + µ - Gev Muon pairs Dopo la calibrazione Prima della calibrazione Cosmics MC

Il Computing Model: i Tier 27 ~ 150 MB/s ~50 Mb/s ~3- 4/Tier1 Event Builder Event Filter Tier3 10 GB/s 320 MB/s ~PB/s Tier2 Tier0 Tier1 Tier-0 (CERN) Archivio dei RAW data e distribuzione ai Tier1 Prompt Reconstruction dei dati in 48 ore 1 st pass calibration in 24 ore Distribuzione output ricostruzione ai Tier-1: ESD, AOD (Analysis Object Data) e TAG ~10 Tier-1 (10) Accesso a lungo termine e archivio di un subset di RAW data Copia dei RAW data di un altro Tier-1 Reprocessing della ricostruzione dei propri RAW data con parametri di calibrazioni e allineamenti finali 2 mesi dopo la presa dati Distribuzione AOD ai Tier-2 Archivio dati MC prodotti nei Tier-2 Analisi dei gruppi di fisica e creazione DPD (Derived Physycs Data) Tier-2 Simulazione Monte Carlo Analisi utenti XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC

Commissioning del modello di analisi Full Dress Rehearsal: simulazione delle completa catena di produzione dei dati per la fisica: –dati simulati in input al Tier-0 con rate e composizione equivalente a run a cm -2 s -1 –ricostruzione di express stream –calibrazione e validazione in 24h –ricostruzione degli stream di fisica e distributione dei dati –analisi nei Tier-2 Prima iterazione a giugno 2008: –dati disponibili ed analizzati entro 48h –input per ottimizzare la catena di calibrazione XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC E T MISS Massa della Z ricostruita in e + e - Electron pairs Numero di eventi Gev MC-FDR

Conclusioni e prospettive ATLAS è operativo! –Rivelatore completamente installato in caverna (eccetto alcune componenti già previste per l’inserzione nello shutdown 2008/2009) –Tutte le componenti hanno già preso dati con cosmici o con i primi fasci –La catena di trasferimento dei dati ed analisi distribuita è stata testata con successo. L’appuntamento con le prime collisioni è stato rinviato: –CERN press release del 20 settembre (Incident in LHC sector 34): “...but it is already clear that the sector will have to be warmed up for repairs to take place. This implies a minimum of two months down time for LHC operation” –il 2008 servirà per finire di caratterizzare il rivelatore con cosmici e mettere a punto gli strumenti per l’analisi ed il reprocessing dei dati. Pronti per looking for whatever new particles we can find nei primi run a 7+7 TeV nel XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre 2008A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC29

Backup slide

Tubi Cherenkov: radiatore gassoso C4F10: soglia per pioni a 2.8 GeV/c; puntante verso la regione di interazione. Scattering inelastico p-p nella regione in avanti (5.61<  <5.93 ): –misura online della luminosità relativa e delle condizioni del fascio –misura assoluta richiede una calibrazione rispetto ai parametri della macchina o con processi di modello standard (Z, W, Drell-Yan), precisione 20-30% XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC

XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC

H  analyses XCIV Congresso SIF, Genova, 23 Settembre A.Andreazza – Esperimento ATLAS a LHC H (m H 120 GeV)  (1 jet) H (m H 120 GeV)  (lepton)H (m H 120 GeV)  (E Tmiss ) preliminary H (m H 120 GeV)  (2 jet) preliminary

Total Only Accordion Only Front Only Leakage 15/01/08 D.Banfi - ATLAS Milano 34

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36 Event Data Model: tipi di dati Nelle varie fasi di ricostruzione e analisi ATLAS utilizza diversi formati di dati: 1.6 MB target 100 kB attualmente 250/290 kB RAW ESD AOD DPD 10% di AOD target 500 KB attualmente 750/900 kB Raw Datadati in output dal sistema di trigger in formato byte-stream Raw Data: dati in output dal sistema di trigger in formato byte-stream Event Summary Dataoutput della ricostruzione (tracce e hit, celle e cluster nei calorimetri, combined reconstruction objects etc...). Event Summary Data: output della ricostruzione (tracce e hit, celle e cluster nei calorimetri, combined reconstruction objects etc...). Per calibrazione, allineamento, refitting … Analysis Object Datarappresentazione ridotta degli eventi per l’analisi: oggetti “fisici” ricostruiti (elettroni, muoni, jet, missing Et...) Analysis Object Data: rappresentazione ridotta degli eventi per l’analisi: oggetti “fisici” ricostruiti (elettroni, muoni, jet, missing Et...) Derived Physics Datainformazioni ridotte per analisi specifiche in ROOT. Derived Physics Data: informazioni ridotte per analisi specifiche in ROOT.

37 Il Computing Model: distribuzione dei dati Event Builder Event Filter Tier3 10 GB/s 320 MB/s ~PB/s Tier2 Tier0 Tier1

38 Tutte le analisi studiano preliminarmente la ricostruzione di Z Di-electron invariant mass Di-  invariant mass Final Dress Rehearsal eventi calibrati eventi scalibrati