ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti Strategie di Trigger per ATLAS e CMS 1. Introduzione 2. Trigger di primo livello 3. Trigger di livello superiore(HLT) Architettura Algoritmi (Muoni e Calorimetri) Commissioning – Passato (TestBeam) Commissioning – Presente Commissioning – Futuro ( ) M.Dallavalle (CMS/Bologna) A.Sidoti (ATLAS/INFN Roma1) Workshop ATLAS-CMS, Bologna, Nov 2006

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti Livelli Hardware Level-2 Le RoI da LVL1 sono analizzati con piena granularita` (conferma di LVL1) Combinazione con altri sotto-rivelatori (proiettività di RoI) Latenza 10ms Output LVL2 2 kHz. Event Filter Dopo Event Building. Tutto levento è accessibile (latenza 2s). Ricostruzione di qualità offline. Accesso a calibrazioni più raffinate O Output rate O(100) Hz Implementati software -> Riutilizzo del codice offline. Qualche differenza: (eventi on-line persi per sempre, ambiente multithread (ATLAS),tempo di latenza degli algoritmi,…) Le catene di trigger sono organizzati in slices: Elettrone/, muone, jet, Met, tau, b-tagging e b-physics. Meccanismo di Steering/Scheduling per girare il trigger HLT: Conversione e calibrazione dei dati Algoritmi di Trigger (calcolo delle grandezze) nellordine corretto Ipotesi di trigger (decisione se accettare o meno un evento) Livelli Logici EVENT BUILDING Level-2.0 Ricostruzione e selezione standalone Muon and Calo selection. L1seeded Level-2.5 Match con pixel (e/ e muoni) Level-3 Ricostruzione di qualità offline con O Algoritmi e calibrazioni più accurate Output rate O(100) Hz Architettura HLT SCARTARE EVENTI ASAP

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti LVL1 selection based on local signatures: coarse granularity in muon detectors and calorimeter. Further rejection using full granularity muon, calo and access inner detector data in the same eta,phi projections RoI are the geometrical location of a LVL1 signature. RoI passed to LVL2 where it is quickly translated into a list of corresponding readout buffers (ROB) Close association (RoI DET,, ) ROB LVL2 requests RoI data (1%~2% of whole event) from ROD (Read Out Drivers) sequentially, one detector at a time, only transfers as much data as needed to reject the event. ->Order of magnitude reduction in dataflow bandwidth, at cost of more control traffic Divide et Impera RoI concept specific to ATLAS CMS ha un concetto simile implementato software. Solo hits in roi sono ricostruiti, calibrati. Algoritmi HLT da semi LVL1 Region of Interest: RoI (ATLAS)

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti Seed da LVL1 Ricostruzione standalone nelle camere a muoni (Risoluzione ~10%) Isolamento nei calorimetri (meno efficiente con elevata lum). Selezione di da W/Z e top Pixel matching (problematico in scenario staged) Isolamento con pixel Track matching e fitting (Risoluzione ~ 1%) Isolamento con tracce (CPU consuming) b-> X Lum= Muon HLT: CMS Tempi (L=10 33 ): Conversioni dati: da 0.7ms-2.4ms (unpacking non incluso) L2 Calo: 600 ms Isolamento: 100 L3: 420 ms Isolamento Pixel/Track 65ms/190ms

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti MS StandAlone B Physics processorMS+CALO MS+ID MS+ID (JPsi) Isolation MS+CALO MS+ID ~2 kHz ~ 23 Khz 75 KHz 10 ms latency time ~ 200 Hz LVL2 Selection Offline Algo wrapped 2 s latency time EF Selection MS SA MS Extrapolated MS+ID Resolution with perfect alignment Resolution with 200 m mis-alignment Resolution (%) Output EF Rate L=10 33 | |< Soglie (GeV) Muon HLT: ATLAS MS StandAlone

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti Migliore risoluzione-> Curva di efficienza più ripida in prossimità di soglia Decadimenti in volo /K soppressi Tempi totali LVL2 <10ms In particolare LVL2 SA~2ms Eff vs P T Rate per mu6 L=10 33 (Hz) | |< b c 3333W Tot /K BkgLVL2 (MS+ID) LVL1LVL2 (MS) EF Muon HLT: ATLAS

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti HLT Trigger slice electron/gamma inizia con ricostruzione calorimetrica: ( ~3.2 ms) Track matching (per elettrone) Si+TRT ~ 15 ms+ 5 ms E/P (Elettrone) Offline vs EF H-> invariant Trigger Level || Hz 70 Hz 132 Hz 8 Hz 26 Hz 370 Hz LVL EF LVL1 Trigger Trigger Eff for H-> (M H =120) wrt offline selection Rates per Electron/Gamma HLT: ATLAS

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti Electron/Gamma HLT: CMS

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti Bkg Eff H-> (M H =115) LVL LVL LVL Overall LVL1 Eff (%) Fid Offline Electron/Gamma HLT: CMS Tempi (L=10 33 ): Conversioni dati: ~4ms (unpacking non incluso) L2 Calo: 150ms L2.5: 32 ms L3: 100ms 01 Z->ee2e ( -jet) 1g g35:20 43 Total (W->e ) 1e26 Final Rates (Hz) L= Signal

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti Commissioning: Passato Combined Test beam nell'Estate 2004 Vari test: funzionalita` della catena di trigger HLT meccanismo di accesso ai dati LVL2 MU SA e EF MU SA (Cross Checks) parte integrante del sistema DAQ a H8. Test a H8 hanno dimostrato il funzionamento della catena di trigger online LVL2 MU SA

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti Commissioning: Presente Deployment della farm HLT a ATLAS

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti Farm HLT sistema complesso Nel 2006 quattro run tecnici per girare un sottoinsieme realistico di farm HLT che comprende il sistema HLT intero ReadOutSystem, L2 Processing Unit, SFI e Event Filter Processing Unit 48 ore di run -> Stabilita`, error recovery, operation, stabilita`, scalabilita` Commissioning: Presente

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti kHz (dipende dai soldi) 1kHz O(200Hz)(1,5 MB/evt) Nominal 75 kHz (100 kHz con deadtime) 2 kHz O(200Hz)(1,5 MB/evt) LVL1 LVL2 EF HLT Staged sia per ATLAS che per CMS Run 2007 (s=900 GeV) Commissioning di detector e trigger PileUp, fondi e tempi non saranno un problema HLT in modo trasparente: Algoritmi vengono eseguiti ma nessuna selezione Selezione Min Bias a LVL1 o HLT ATLAS CMS con 1 (2007) poi 4 (2008) DAQ slices (nominali 8 in 2010) L1 rate 12.5 kHz (2007) 50 kHz (2008) 100 kHz(2010) ATLAS Run 2007 Minimum Bias based on MTBS, Lucid or Pixels Zero bias (prescaled 100) Muon: Max windows (only phi projection) pt>~5GeV Calo: EM or Tau (Pt>10 GeV) Jet +MET (Pt>25 GeV) LVL1 4 kHz 5 kHz O(1) Hz O(10Hz) Table HLT PS100 & HLT trasp HLT transparent HLT O(1) O(10) Per ATLAS studiare la possibilita`di LVL2 in full scan con tutto lévento (no RoI) Commissioning: Futuro CMS Run 2007 LVL1 Selezione Minimum Bias 4kHz HLT Selezione su emulazione algoritmi LVL1 per diminuire il rate a O(100) Hz

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti Eventi minimum bias interessanti per Fisica: Capire Underlying Event in MC generators (Pythia CDF), paragone con UA5 Selezione con meno bias e piu` efficiente ->Misura efficienze di LVL1, LVL2, EF (non nel range di maggior interesse per fisica LHC) Fondi per processi di fisica Oltre a LVL1 (MBTS) selezione Minmum Bias possibile a LVL2: Occupanza di pixel (da LVL2 in poi) Altri forward detectors (LUCID per ATLAS cf talk L. Fabbri, probabilmente non nel 2007) min bias pixel point occupancy noise pixel point occupancy Run 2007

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti s=14 TeV Lum= Tabella di trigger deve soddisfare diverse richieste: Rivelatori: Continuare commissioning del rivelatore Campioni per calibrazioni, alineamenti, fondi strumentali, studi del rivelatore Fisica: Campioni di controllo (per stime di fondi dai dati) Segnale per fisica SM: Fisica W/Z J top :overlap con Tevatron Segnale per Fisica BSM: (Bs->, Z',SUSY canali esclusivi) Polizza di assicurazione per analisi di fisica: copertura con selezione LVL1 loose, e HLT in flag mode (nessuna richiesta di isolamento all'inizio) Trigger: Campioni per misirare efficienze (trigger prescalati, standard candles) Ottimizzazione Trigger per il futuro Macchina: Condizioni di fascio di LHC cambieranno molto (numero di bunch, luminosita`, qualita` dei fasci, etc...) Run 2008

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti study LVL1 Rate study Trasp PS Trasp|HLT PS Trasp PS|HLT HLT 32em20i 102em10 study2em7 802em20 em25 65|10em25i 50mu15 10em10 4mu4 TriggerHLT Rate 10PS&HLT7000TAU10i 2Trasp2J60+XE30 Em25+XE20 SUMET300 XE30 2j90 J100 J80 j60 j40 j20 Trigger LVL1 Rate 5PS|HLT 10PS||HLT 10PS||HLT 7Trasp 4PS 15Trasp 2.7PS 3.3PS 3.5PS HLTHLT Rate Totale HLT <250 Hz Sostenibile da Atlas HLT Trigger 10^31: Esempio ATLAS OVVIAMENTE PRELIMINARE Tabella di Trigger: Run 2008

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti Selezione per Z/W e top non problematica per HLT a 10^31. Sufficiente selezione LVL1 alto Pt (1mu20, 1e20, etc… ) Necessità di selezionare (o prescalare) i trigger a soglie piu`basse (mu6, mu4, em7,…). Due possibilità: Richiedere maggiore molteplicità (2mu4, 2em7 per J/Psi) Perdita di eficienza e soglie in Pt troppo alte Implementare in HLT trigger specifici per J/Psi. (Sia J/Psi->mm che J/Psi->ee) ATLAS J/Psi->mumu LVL1 richiede 1mu4 LVL2 apre RoI abbastanza grandi per selezionare secondo mu sotto soglia in ID. Richiesta di matching con almeno un hit nel MS Eff = 70% per rate LVL2 ~10Hz Run 2008: Selezione a Bassa Soglia Efficienza vs PT P T (GeV)

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti Esempio ATLAS. Spettro in PT di Jet inclusivi Start with the inclusive jet spectrum Apply Prescales Get triggered jet spectrum Esempio CMS Run 2008: Trigger Jet Importante avere distribuzione in PT con stessa statistica in bin di PT di leading jet (per esempio misura dei fake rate) Attenzione ai conteggi doppi (trigger di jet ad elevata molteplicita`) Calibrazioni in energia

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti Misura dell'efficienza vs PT della selezione HLT muoni Misura efficienza LVL2: Selezionare eventi con EF/LVL3 e controllare il risultato LVL2 Misura efficienza EF/LVL3: Viceversa Metodo del doppio oggetto: selezionare muoni inclusivi (1muX) e controllare il 2muX (Efficienza anche di tutta la catena di trigger) Paragonare l'efficienza per muX con emX. Misura Efficienze HLT: Esempio Muoni For (µ20)>70% statistical uncertainty after 30min at L=10 33 cm -2 s -1: ~1-2%

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti CMS Tabella di Trigger: L=10 33 CMS Total HLT Rate ~120 Hz (L=10 33 )

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti ATLAS Tabella di Trigger: L= b-jets inclusivo Di-tau-jet Tau jet inclusivo Elettrone + jet ~25 60Fotone Isolato 20Doppio Fotone Isolato ~102 6 m B /m J/y B-physics ~ 200 ~20 ~5 ~20 ~25 ~40 Rate (Hz) Totale Altri (pre-scales, calibration, …) 35, 45Tau + Energia mancante 70, 70Jet + Energia mancante 400, 165, 110Singolo Jet, 3 Jet, 4 Jet 15Doppio Elettrone Isolato 25Elettrone Isolato 10Doppio Muone 20Muone Isolato Soglia (GeV)Oggetto di Trigger

ATLAS/CMS Workshop Bologna 24/11/2006 Marco Dalla Valle/Antonio Sidoti Il sistema di Trigger di CMS e ATLAS devono far fronte alle richieste di LHC. I principali algorimi di trigger per selezionare i canali per la fisica sono implementati. Rates, efficienze sono sotto controllo (anche con staging) Le performances sono soggette a incertezze: stato della simulazione, controllo dei fondi di caverna, sezioni d'urto di processi di fondo. L'ottimizzazione delle strategie di trigger in corso. Sia ATLAS che CMS hanno iniziato a fare interagire le comunita` del Trigger con quelle delle Analisi di Fisica I sistemi di trigger finali sono stati testati o in fase di testing. (Test beams, run di cosmici). Procedure di calibrazione in via di test. Nel prossimo anno necessita` di passare al full detector (tipicamente un ordine di grandezza). Run di cosmici necessari ma NON sufficienti. Commissioning del LVL1: capirlo per il run HLT con schedula meno stretta. Ma necessario lavoro per installazione/commissioning farm HLT Conclusioni