Desarrollo y Validación del Algoritmo de Filtrado Óptimo

para el Calorímetro Hadrónico del Experimento ATLAS

Joaquín PovedaDpt. Física Atómica, Molecular y Nuclear & IFIC

Universitat de València – CSIC

XXXI Reunión Bienal de la RSEF

Granada, 11 Septiembre de 2007

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ATLAS

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Calorímetro Hadrónico TileCal

4 m

12 m Calorimetro Hadrónico de muestreo. Dividido en 1 Barril Central (||<1.0) y 2 Barriles Extendido (0.8<||<1.7). 64 módulos por barril en . Módulos de hierro con tejas centelleadoras intercaladas. Las tejas están situadas en dirección perpendicular al haz de protones. La

intensidad de luz en las tejas es proporcional a la energía depositada. La luz producidas en las tejas es recogida por fibras ópticas y leída por tubos

fotomultiplicadores.

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Instalación

ATLAS se encuentra ahora mismo en la fase final de instalación y puesta a punto

Primeras colisiones protón-protón del LHC están previstas para Abril de 2008

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Lectura de datos en TileCal

La luz producida en las tejas es convertida en señal eléctrica en los PMTs .

El pulso de salida del PMT es amplificado y conformado separadamente con dos ganancias diferentes, las cuales difieren en un factor 64.

Los pulsos de alta y baja ganancia son posteriormente digitalizados a intervalos de 25 ns por ADCs

Una de estas series de digitalizaciones es enviada mediante fibras ópticas al siguiente nivel en la cadena de adquisición: los Read-Out Drivers (RODs)

PMT Conformación Digitalización

Pulso alta ganancia

Pulso baja ganancia

Pulso digitalizado

luz

Módulos Módulos

TileCalTileCal

Read-Out Read-Out DriverDriver

Señaleléctrica

Electrónica FrontalElectrónica Frontal

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El Read-Out Driver (ROD) constituye el elemento principal de la electrónica de Back-End de TileCal

Principales funciones: Transmisión de datos: envía los datos al siguiente

elemento en la cadena de adquisición a 100 kHz. Procesado de datos: posee 4 Procesadores Digitales

de Señal

Electrónica de Back-End: ROD

(DSPs) de coma fijo donde se aplican algoritmos de reconstrucción y trigger

Monitoraje: parte de los datos pueden leerse a través del bus VME, sin introducir tiempo muerto adicional.

Recepción del trigger, detección de errores, generación del Busy...

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Algoritmos de Reconstrucción

La amplitud de los pulsos digitalizados es proporcional a la energía depositada por las partículas en el calorímetro es necesario reconstruir la amplitud (A) y fase () de los pulsos de señal

* p

Dentro de la colaboración se han desarrollado diferentes algoritmos de reconstrucción: Método de Ajuste del Pulso (Fit Method):

Ajuste de las muestras digitales a la forma del pulso variando A y . Método de Varias Amplidudes (ManyAmps):

Ajuste a varios pulsos con A variable y fijo en los Bunch Crossing de LHC

Algoritmo de Filtrado Óptimo (Optimal Filtering)

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Algoritmo de Filtrado Óptimo (OF) Obtiene la amplitud y fase del

pulso mediante el uso de una media ponderada de las muestras digitales.

Los coeficientes de estas combinaciones se escogen de modo que contribución del ruido a la resolución energética sea mínima

OF1:

OF2:

Algoritmo implementado en el entorno software ATHENA (usado para tareas offline en ATLAS) y en funcionamiento.

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**

* pS1

S2

S5

S3

S4

S6S7

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Validación del Algoritmo

Estudios de validación realizados con: Datos de simulación de piones individuales (E=50 GeV) en ATLAS (0 ns). Datos reales de rayos cósmicos tomados durante la puesta a punto

(commisssioning) del experimento. Fase no determinada (trigger de cósmicos) Comparación de la amplitud reconstruida con Fit Method y OF2 (en cuentas

de ADC; 1 ADC = 11.6 MeV en alta ganancia) Diferencias menores a 0.2 cuentas (menos de 1‰)

Monte Carlo Cósmicos

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Validación del Algoritmo

Monte Carlo Cósmicos

Estudios de validación realizados con: Datos de simulación de piones individuales (E=50 GeV) en ATLAS (0 ns). Datos reales de rayos cósmicos tomados durante la puesta a punto

(commisssioning) del experimento. Fase no determinada (trigger de cósmicos) Comparación de la amplitud reconstruida con Fit Method y OF2 (en cuentas

de ADC; 1 ADC = 11.6 MeV en alta ganancia) Diferencias menores a 0.2 cuentas (menos de 1‰)

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Comparación de los Algoritmos

Estudio de la resolución y respuesta del calorímetro de los diferentes métodos usando simulación completa del detector

A diferencia de los períodos de haz de prueba (2003 y 2004), en ATLAS las partículas interactúan primero en el calorímetro electromagnético antes que en el hadrónico

Comportamiento típico: Una fracción de los piones comenzará la cascada en LAr de modo

que se deposita energía tanto en LAr como en TileCal. Algunos atravesarán LAr como una MIP y la cascada hadrónica se

producirá sólo en TileCal Sólo estos último son interesan en este estudio.

TileCalTileCalLArLAr

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Comparación de los Algoritmos

Comportamiento típico: Una fracción de los piones comenzará la cascada en LAr de modo

que se deposita energía tanto en LAr como en TileCal. Algunos atravesarán LAr como una MIP y la cascada hadrónica se

producirá sólo en TileCal Sólo estos último son interesan en este estudio.

TileCalTileCalLArLAr

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Selección de sucesos

Definición simple para la Energía total (sin jets o clusters) Suma de la energía de las celdas en

un cono alrededor de la coordenadas del pión en el MC

Amplitud del cono: =0.40.4 Cortes para eliminar celdas con ruido

(2 en LAr y 1 en TileCal)

conoceldas celdaTOT EE

Eliminar piones que depositen mucha energía en LAr: Se simularon muones con la misma energía que los piones estudiados Exigir comportamiento como MIPs en cada capa de LAr: Ecapa()<EMIP+2MIP

Mismo corte en el criostato entre LAr y TileCal.

TileCalTileCalLArLAr

CriostatoCriostato

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Selección de sucesos

Distribuciones para la energía depositada en TileCal tras la selección de sucesos

Se usan para comparar los métodos las siguientes magnitudes:

MonteCarlo

reconstr

E

ERespuesta

reconstr

reconstr

EResolución

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Respuesta - Resolución

Tendencias correctas Comparaciones difíciles dado la falta de estadística (diferencias

compatibles con errores)

PRELIMINAR PRELIMINAR

Resolución Respuesta

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Conclusiones y Perspectivas

Nuevo algoritmo de reconstrucción de energía en el calorímetro hadrónico de ATLAS desarrollado por el grupo TileCal-Valencia

Implementado en Athena y en funcionamiento Validado con datos reales y de simulación Se están realizando estudios de comparación de los

diferentes algoritmos disponibles usando datos de simulación completa del detector

Planes: Incrementar la estadística en los estudios de resolución y

respuesta Mismo estudio con otras muestras de simulación (dijets, etc.) Estudios en entorno de ruido con apilamiento de sucesos de

minimum bias