Triggeri Tuula Mäki - WordPress.comsyy miksi halutaan pitää pienemmän p T /E T leikkauksen algoritmeja vertaamalla rekonstruoituun dataan, ... Kehitystyö SuperLHC:n triggeriä

Tuula MäkiCERN

Fysiikan kesäkouluTvärminne

24.05.28.05.2010

Triggeri

Tuula Mäki Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 2010 2

Sisältö

Mikä on triggeri ja miksi se on tärkeä?CMSkokeen triggeri

ensimmäinen ja toinen tasoHarvennus (prescaling) ja triggerin tehokkuusMielikuva triggeristäTriggerin suunnittelu

tehtäväYhteenveto


Motivaatio

Hadronitörmäyttimet tuottavat paljon dataa

suurin osa törmäyksistä pienienergisiämielenkiintoisia törmäyksiä tapahtuu harvoin

LHC tuottaa 1 MB törmäysdataa 40 MHz taajuudella

vastaa 107 tietokonetta päivässä (1 tietokone = 200 GB)

ei mahdollista tallentaa näin paljon dataa


Määritelmä

RatkaisuTallennetaan vain niissä törmäyksissä syntynyt data, jossa mahdollisesti mielenkiintoista fysiikkaa

TriggeriSysteemi, joka nopeasti valitsee törmäykset, joissa on mahdollisesti mielenkiintoista fysiikkaa


Triggeri osa fysiikka valintaa

Triggeri on ensimmäinen osa fysiikka valintaa

mikäli törmäysdata ei mene läpi triggeristä, sitä ei voi enää palauttaa

kannattaa suunnitella triggeri hyvin

Triggeri suunnitellaan ja sitä operoidaan kokeen fysiikka prioriteettien mukaisesti

ottaen huomioon tekniset (ja rahalliset) rajoitukset


TriggeritNormaalisti mahdollisesti mielenkiintoisten törmäysten valinta tehdään eri tasoissa

mikäli törmäysdata ei läpäise tasoa, sitä ei enää viedä seuraavalle tasollevalinta tehdään lähtien yksinkertaisista muuttujista monimutkaisempiinkolmen tason triggeri yleisin

ALICE, ATLAS, CDF, D0, LHCb

Triggeri on hadronitörmäyttimien haasteleptoni törmäyttimissä pystytään tallentamaan huomattavasti suurempi osuus kaikesta datastaesimerkki: lineaarikiihdyttimen kokeissa riittää yhden tason triggeri


CMSkokeen triggeri

CMSkokeen triggeri koostuu kahdesta tasosta:

Ensimmäisen tason triggeri (Level1 trigger = L1)

sisääntulo taajuus: 40 MHzläpimeno taajuus: 100 kHztilaustyönä teetettyä elektroniikkaa

Toisen tason triggeri (High Level Trigger = HLT)

sisääntulo taajuus: 100 kHzläpimeno taajuus: 100 HzPC farmi, joka käyttää samantyyppisiä algoritmeja kuin fysiikka analyysi


CMS datankeruujärjestelmä

25 ns välein kaikki data lisätään jonoihin

kopio osasta datasta lähetetään ensimmäisen tason triggerille

Mikäli ensimmäisen tason triggeri löytää mielenkiintoisia objekteja

data siirretään puskureihinPuskureista kunkin osadetektorin data siirretään yhteen paikkaanToisen tason triggeri etsii datasta mielenkiintoisia objektejaMikäli niitä löytyy

data kyseisestä törmäyksestä tallennetaan


CMS: Ensimmäisen tason triggeriEnsimmäisen tason triggeri tekee valinnan käyttäen dataa kalorimetristä ja myoni ilmaisimistaEnsimmäisen tason triggerin objektit:

4 elektroni/photoni kandidaattia4 keskikalorimetrin jettiä4 etusuunnan jettiä4 taujettiä4 myoniaE

T

puuttuva ET

tapahtunut törmäysmahdollisuus tapahtua törmäys

Triggeri algoritmi voi olla mikä tahansa kombinaatio objekteista ja niiden ET/pT leikkauksista

max 128 algoritmia


CMS: Ensimmäisen tason triggeri

7m paksu suojaseinä

Ensimmäisen tason triggeri ja tiedonkeruu

elektroniikkaa

Ensimmäisen tason valinta pitää tehdä 3.2 s aikana

myoni ilmaisimen signaalin keruu kestää 400 nssignaalin eteneminen ilmaisimesta ensimmäisen tason triggerille ja takaisin 2 s

Suurin osa ensimmäisen tason triggeristä ilmaisimen viereisessä huoneessa

myoni ilmaisimien ensimmäinen askelma rakennettu osaksi ilmaisinta


CMS: Ensimmäisen tason triggeri

128 törmäyksen data kerralla systeemissäKaikki data etenee samalla tavalla

pystytään yhdistämään tietystä törmäyksestä saatu informaatio


CMS: toisen tason triggeri

Ainoastaan ensimmäisen tason läpäisseiden törmäysten data tuodaan toisen tason triggerille

Valinta tehdään ohjelmistojen avullakäyttää kaupallisia PCtä

Vähemmän tiukat aika vaatimukset kuin ensimmäisen tason triggerillä

keskimäärin 40 ms per tietyn törmäyksen datateknisesti helppo lisätä käytössä olevaa aikaa

ostetaan lisää PCtä


CMS: toisen tason triggeriValinta suoritetaan aloittamalla yksinkertaisimmista algoritmeista

tarkennetaan ensimmäisen tason laskemat suureet (ET, eta, phi)hiukkasten tunnistuskinematiikka ja törmäystopologiavarattujen hiukkasten ratojen laskeminenbkvarkkien identifioiminenanalyysi

Datan prosessointi lopetaan heti kun merkkejä mahdollisesti mielenkiintoisesta fysiikasta ei löydy


Harvennus (prescaling)Osa mielenkiintoisesta fysiikasta tapahtuu niin usein, että kaikkea dataa ei voida tallentaa

tällaisten mittausten tilastollinen virhe yleensä huomattavasti pienempi kuin systemaattinen virhe

mittaus voidaan hyvin tehdä pienemmällä datamäärällä

Ratkaisu Tallennetaan vain osa mahdollisesti mielenkiintoisista törmäyksistä

esimerkki: halutaan pienentää tietyn triggerin läpimenotaajuutta kertoimella 100tallennetaan joka sadas triggeristä läpi mennyt törmäys

Harvennus auttaa keräämään datasettejä, joiden avulla pystytään arvioimaan triggerin tehokkuus


Triggerin tehokkuus (efficiency)Fysiikkaanalyysiä varten on tärkeää tietää kuinka suuri osuus halutuista törmäyksistä menee triggeristä läpi

pitää pystyä laskemaan triggerin tehokkuusvertaamalla toiseen triggeriin

syy miksi halutaan pitää pienemmän pT/ET leikkauksen algoritmejavertaamalla rekonstruoituun dataan, joka on valittu jollain toisella triggerillä

jetti triggeri

elektroni/fotoni triggeri


Triggerin kehittyminenTriggeriä operoidaan siten, että tallennetaan mahdollisimman suuri osa dataa

kriteerejä muutetaan törmäystaajuuden muuttuessaesimerkiksi CMSkokeen L1 triggerissä on tähän asti päästetty läpi kaikki törmäykset

muita triggereitä ajettu vierellä normaalistivoidaan tutkia kuinka hyvin ne toimivat

Triggerin läpimenotaajuutta pystytään helpoiten muuttamaan suurentamalla kunkin objektin pT/ET leikkausta

Kehitystyö SuperLHC:n triggeriä varten meneilläänpT/ET leikkausten tiukentaminen ei riitä pitämään ulostulotaajuus halutuissa rajoissa

lisätään L1 triggeriin tietoa hiukkasten radoista


Algoritmeja (L=8∙1029 )L1 Seed HLT Path L1 HLT

prescale prescale

Muon triggers L1_SingleMuOpen HLT_L1MuOpen 1 10L1_SingleMu7 HLT_L1Mu 1 5

L1_SingleMu20 HLT_L1Mu20 1 1L1_SingleMu7 HLT_L2Mu9 1 1L1_SingleMu7 HLT_L2Mu11 1 1L1_SingleMu3 HLT_Mu3 1 1L1_SingleMu3 HLT_Mu5 1 1L1_SingleMu7 HLT_Mu9 1 1

L1_DoubleMuOpen HLT_DoubleMu0 1 1L1_DoubleMu3 HLT_DoubleMu3 1 1

L1_DoubleMuOpen HLT_L1DoubleMu 1 1L1_SingleMu3 HLT_IsoMu3 1 1

Jet triggers L1_SingleJet6U HLT_L1Jet6U 25 10L1_SingleJet6U HLT_Jet15U 25 1

L1_SingleJet20U HLT_Jet30U 1 5L1_SingleJet30U HLT_Jet50U 1 1L1_QuadJet6U HLT_QuadJet15U 1 1

L1_IsoEG10_Jet6U_ForJet6U HLT_FwdJet20U 1 1L1_SingleJet6U HLT_DiJetAve15U 25 1

L1_SingleJet20U HLT_DiJetAve30U 1 1

Electron triggers ... ...

1s cm2


Algoritmeja (L=1∙1031 )

L1 Seed HLT Path L1 L1 HLT HLTprescale prescale prescale prescale

Muon triggers L1_SingleMuOpen HLT_L1MuOpen 1 1000/250 10 5L1_SingleMu7 HLT_L1Mu 1 1 5 100L1_SingleMu20 HLT_L1Mu20 1 1 1 1

removed L1_SingleMu7 HLT_L2Mu9 1 1L1_SingleMu7 HLT_L2Mu11 1 1 1 1

removed L1_SingleMu3 HLT_Mu3 1 1L1_SingleMu3 HLT_Mu5 1 25 1 1L1_SingleMu7 HLT_Mu9 1 1 1 1

new L1_SingleMu10 HLT_Mu11 1 1new L1_SingleMu10 HLT_Mu15 1 1

L1_DoubleMuOpen HLT_DoubleMu0 1 1 1 1L1_DoubleMu3 HLT_DoubleMu3 1 1 1 1

L1_DoubleMuOpen HLT_L1DoubleMu 1 1 1 10removed L1_SingleMu3 HLT_IsoMu3 1 1

new L1_SingleMu7 HLT_IsoMu9 1 1

Jet triggers ......

Electron triggers ... ...

1s cm2

8∙1029 1∙1031 8∙1029 1∙1031 1s cm2


Mielikuva triggeristä

Törmäystaajuus≡

Suomen pintaala



Törmäystaajuus : L1 triggeri=

Suomen pintaala : Helsingin pintaala



Törmäystaajuus : L1 triggeri : HLT triggeri=

Suomen pintaala : Helsingin pintaala : Katajanokan pintaala


Triggerin suunnitteluIdentifioi miten fysiikkaprosessi näkyy ilmaisimessa

muoni muonielektroni elektroniphotoni photonikvarkki jettigluoni jettineutriino puuttuvaa energiaa

Valitse näistä objekti ja ET/pT leikkaus siten, että mahdollisimman suuri osa signaalista menee läpiläpimenotaajuus pysyy sallituissa rajoissa

tekniset rajoituksetfysiikka prioriteetit


Triggerin suunnittelu

Esimerkki: t t WbW−bb q q ,b

Ilmaisimessa näkyvät objektitmuoni muoni4 kvarkkia ( ) 4 jettiäneutriino puuttuvaa energiaa

b q q ,b

t

tb

b

q

q

e

e



1

(Hz)

5 8015 2

15 1300030 600080 30

110 7

10 90 20 15

10 67020 20

20 3460 0.5

pT/ET leikkaus Läpimenotaajuus(GeV)

Myoni triggerit

Jetti triggerit

Elektroni triggerit

Fotoni triggerit

Puuttuva ET triggerit



myonin pT 1. jetin ET

puuttuva ET4. jetin ET3. jetin ET

2. jetin ET

(Hz) (%)

15 2 100

30 6000 10080 30 75

20 34 9060 0.5 55

pT/ET leikkaus Läpimenotaajuus Läpimennyt signaali(GeV)

Myoni triggerit

Jetti triggerit




myonin pT 1. jetin ET


2. jetin ET

Läpimenotaajuus Läpimennyt signaali(GeV) (Hz) (%)

Myoni triggerit 15 2 100

Jetti triggerit 30 6000 10080 30 75

Puuttuva ET triggerit 20 34 9060 0.5 55

pT/ET leikkaus Myoni triggeri 15 GeV:n pT leikkauksella

kaikki signaali menee läpiläpimenotaajuus pienin

q


Tehtävä: suunnittele triggeri

Kokeen fysiikka prioriteetit1. hypersymmetria (keksitty tätä tehtävää varten)

uusi mielenkiintoinen teoria, joka ennustaa uusia hiukkasia hajoaa standardimallin hiukkasiin

2. pareittain tuotetut topkvarkithajoamiskanavassa

3. jettien kokonaisvuorovaikutusalajetin ET:n funktiona

Tekniset rajoitukset1. läpimenotaajuus max 50 Hz

t t WbW−b ee b q q ,b


Tehtävä: suunnittele triggeri

t t Wb W−b ee b q q ,b

t

tb

b

q

q

e

e

X Y Z y z qq q q

XY

Z

q

qq

y

x

qq / ggqq , gg , qg , qqg , qgg , qqq , ggg , ...

...


Hypersymmetria kinematiikka

puuttuva ET

1. jetin ET 2. jetin ET

3. jetin ET

X Y Z y z qq q q


Ttbar kinematiikka

elektronin pT 1. jetin ET


2. jetin ET

t t Wb W−b ee b q q ,b


Jettien kinematiikka

qq / ggqq , gg ,qg ,qqg ,qgg ,qqq , ggg , ...

Jetin ET


Hypersymmetrian triggeri(Hz) (%)

30 6000 10080 30 75

60 0.5 100


Jetti triggerit


Valitaan puuttuva ET triggeri 60 GeV leikkauksella

puuttuva ET

1. jetin ET 2. jetin ET

3. jetin ET


Topkvarkkien triggeri

elektronin pT 1. jetin ET


2. jetin ET

Valitaan elektroni triggeri 20 GeV leikkauksella

(Hz) (%)

10 90 10020 15 97

30 6000 10080 30 75

20 34 9060 0.5 55


Elektroni triggerit

Jetti triggerit



Jettien triggeri

(Hz) (%)

15 13000 10030 6000 1880 30 0.2

110 7 0.06


Jetti triggerit

Läpimenotaajuus liian suuri alle 80 GeV jeteilleJettien ET


Jettien triggeri

(Hz) (%)

15 13000 2000 6.5 0.0530 6000 1000 6 0.0280 30 5 6 0.04

110 7 1 7 0.06

pT/ET leikkaus Läpimenotaajuus Harvennus Läpimenotaajuus Läpimennyt signaali(GeV) harvennuksen jälkeen (Hz)

Jetti triggerit

Käytetään harvennustatallennetusta datasta löytyy jettejä kaikilla energioillaharvennuksesta huolimatta tarpeeksi pienen energian jettejäharvennus otettava huomioon fysiikka analyysia tehtäessä

Jettien ET


Optimoidut triggerit

(Hz)

60 1 0.5

20 1 15

15 2000 6.530 1000 680 5 6

110 1 7

Triggeri pT/ET leikkaus Harvennus Läpimenotaajuus(GeV)

1. hypersymmetria Puuttuva ET triggeri

2. topkvarkit Elektroni triggeri

3. jetit Jetti triggerit

Läpimenotaajuus yhteensä: 41 Hz


Todellisuudessä vähän monimutkaisempaa

Kymmeniä fysiikkaprosessejakokeen prioriteetit

Korrelaatio eri triggereiden välilläkun lisätään uusi triggeri, kokonaisläpimenotaajuus nousee vain sen verran kuin uusia törmäyksiä menee triggeristä läpi

Kombinaatio triggereistäesimerkiksi 20 GeV myoni + 30 GeV puuttuvaa energiaa

Epätarkkuus arvioiduissa sirontavaikutusaloissajätettävä marginaalia maximi läpimenotaajuuteen

Optimoida fysiikka potentiaalipienellä törmäystaajuudella löysemmät triggerit kuin suurella törmäystaajuudella


YhteenvetoTriggeri on tärkeä osa hadronitörmäytinkoetta

se on systeemi, joka nopeasti valitsee törmäykset, joissa on mahdollisesti mielenkiintoista fysiikkaasitä tarvitaan, koska kaikkea dataa ei pystytä tallentamaanse on ensimmäinen askel valittaessa dataa fysiikkaanalyysiin

(Hz)

40 000 000

100 000

100

Läpimenotaajuus

Törmäystaajuus

Ensimmäisen tason triggeri

Toisen tason triggeri

CMSkokeen läpimenotaajuudet

Documents

Triggeri Tuula Mäki - WordPress.comsyy miksi halutaan pitää pienemmän p T /E T leikkauksen algoritmeja vertaamalla rekonstruoituun dataan, ... Kehitystyö SuperLHC:n triggeriä