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ExperimentelleTeilchen- und Astroteilchen-Physik
http://www.etap.physik.uni-mainz.de/atlas
http://atlas.ch
Der Large Hadron-Collider (LHC)
• Supraleitender Hadron-Beschleunigerring mit einem Umfang von 27 km
• Gegenläufige Protonenstrahlen mit einer Kollisionsenergie bis zu 14 TeV (zur Zeit 7 TeV)
• Vier große Experimente: ATLAS, Alice, CMS und LHCb
Ziel bis Ende 2011: Integrierte Luminosität von 1 fb-1 schon erreicht !!!
Das ATLAS-Experiment
Ziele: Suche nach dem Higgs-Boson und neuer Physik (Supersymmetrie, Extra-Dimensionen, Schwarze Löcher)
• sehr gute Detektion und Vermessung von e/γ, μ,τ, Jets
• Spurdetektor: Pixel- und Streifendetektoren (Pixel+SCT)
• Übergangsstrahlungsdetektor (TRT Tracker): Spurdetektor und
Teilchenidentifikation
• Kalorimeter: Flüssig-Argon (LAr), Szintillator&Photomultiplier
(Tile)
• Myon-Spektrometer: Trigger- und Präzisionskammern
• Magnetsystem: Supraleitende Solenoid- bzw. Toroidmagneten
• Trigger- und DAQ-System; Datenauswertung mit GRID-Computing
Dimensionen:
Höhe: 22 m,
Länge: 40 m,
Masse: 7000 t,
Auslesekanäle: ~108
ATLAS
Mohamed Aharrouche, Bruno Bauß, Markus Bendel, Volker Büscher, Samuel Calvet, Reinhold Degele, Sebastian Eckweiler, Keith Edmonds, Frank Ellinghaus, Eugen Ertel, Frank Fiedler, Johanna Fleckner, Karl-Heinz Geib, Christian Göringer, Carsten Handel, Marc Hohlfeld, Tobias
Hülsing, Gen Kawamura, Sebastian König, Lutz Köpke, Matthias Lungwitz, Lucia Masetti, Carsten Meyer, Deywis Moreno, Sebastian Moritz, Timo Müller, Andrea Neusiedl, Rainer Othegraven, Ruth Pöttgen, Nils Ruthmann, Heinz-Georg Sander, Ulrich Schäfer, Christian Schmitt, Christian
Schröder, Giovanni Siragusa, Stefan Tapprogge, Tuan Vu Anh, Tobias Weisrock, Daniel Wicke, Simon Wollstadt
Triggererweiterung für höhere Luminositäten am LHC
Das ATLAS-Experiment am LHC und der Ausbau des Triggers
Kalo Myon Spur
Myon
PipelineSpeicher
Auslese
DatenkompositionDaten: Analoge Summen von
Kalorimeterzellen (ΔφxΔη)
CTP
(0.1x0.1)
RoI: Region of InterestPPr: PreprocessorCP: Cluster ProcessorJEP: Jet Energy ProcessorCTP: Central Trigger ProcessorL1A: Level1 AcceptKalo: KalorimeterdatenMyon: MyonenspurkammerndatenSpur: Spurpunkte aus dem
inneren Detektor
(0.2x0.2)
(0.1x0.1)
Pre-Proz.(PPr)
Jet/SET
(JEP)
E/g t/had(CP)
DAQ & RoI RODs
DAQ & RoI RODsDAQ RODs
Myon Info
Topo-Proz.
L1A
1. TriggerStufe
< 75 kHz
Ereignisfilter~100 Hz
2. TriggerStufe
~1 kHz
Datenrate Zeit pro Ereignis
~1 PByte/s
550 MByte/s
2,5 ms
~ 10 ms
~ 1 s
Demoboard GOLDAufgaben:Realisierbarkeit einer Datenübertragung bis zu 10 Gb/s (De-/ Serialisierung, Opto/Elektro-Wandlung)
Latenzbestimmung der Daten-verarbeitung und AlgorithmenVerwendung von ATCA-FormfaktorZahlen & Fakten:9 Virtex6-FPGAs (VHX/VLX)Eingangsbandbeite: ~ 1.7 Tb/s144 faseroptische Eingängezusätzl. 144 elektrische EingängeVerfügbar ab August 2011
PrototypKonzeptionelles Entwicklung begonnen2 neue Virtex7-FPGAsEingangsbandbreite: ~ 1.2 Tb/sOptional: neue Avago Micro o/e Wandler (6mm2/Kanal)Verfügbar ab Anfang 2012
Myon
Entwicklung des Topologischen ProzessorHerausforderung: Verarbeitung einer
Ereignisrate von 40 MHz zur Selektion seltener interessanter Ereignisse und Reduktion der Datenmenge 3-Stufen-Trigger
Das aktuelle System(Rot): Reduzierung der Datenrate durch Auffinden von Jets, Elektronen, Photonen und Taus
Bestimmung der im Kalorimeter deponierten und fehlenden transversalen Energie-komponente
Das erweiterte System(Weiß):Topologische Informationen werden in einem neuen Modul über optische Fasern(bis 10 Gb/s) zusammengeführt
Topologischer Prozessor wendet verschiedene Schnitte an, um die Datenrate weiter zu reduzieren :Winkelkorrelationen Δφ,ηSchnitt auf Überlapp von Objekten…
Das Trigger-System
Stufe1-Kalorimeter
Informationsgewinn stagniert bei langer LaufzeitSteigerung der Luminosität in 3 AusbauphasenHöhere Ereignisrate bei gleicher Effizienz
Reduzierung des Untergrundes aus Ereignis-überlagerungen durch topologische Schnitte
Zusammenführen aller Topologischer Informationen in einem Modul (Topo. Prozessor) mit sehr hohe Eingangsbandbreite (~ Tb/s)
Phase0(2013/2014): ~??·1034 cm-2s-1
Hinzufügen des Topologischen ProzessorsPhase1(2018): ~??·1034 cm-2s-1 Neuer Pixeldetektor, ??Phase2(2022/2023): ~5·1034 cm-2s-1 Aufspalten von Level1 in Level0 & Level1Spurrekonstruktion in Leve1
Motivation des Ausbaus
Auswirkung eines Schnittes auf die Winkelkorrelation der beiden Jets mit den höchsten Transversalenergie als Funktion der Transversalenergie des zweitgrößten Jets