Triggeri. Tuula Mäki

Transkriptio

1 Triggeri CERN Fysiikan kesäkoulu Tvärminne

2 Sisältö Mikä on triggeri ja miksi se on tärkeä? CMS kokeen triggeri ensimmäinen ja toinen taso Harvennus (pre scaling) ja triggerin tehokkuus Mielikuva triggeristä Triggerin suunnittelu tehtävä Yhteenveto Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 2

3 Motivaatio Hadronitörmäyttimet tuottavat paljon dataa suurin osa törmäyksistä pienienergisiä mielenkiintoisia törmäyksiä tapahtuu harvoin LHC tuottaa MB törmäysdataa 40 MHz taajuudella vastaa 07 tietokonetta päivässä ( tietokone = 200 GB) ei mahdollista tallentaa näin paljon dataa Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 3

4 Määritelmä Ratkaisu Tallennetaan vain niissä törmäyksissä syntynyt data, jossa mahdollisesti mielenkiintoista fysiikkaa Triggeri Systeemi, joka nopeasti valitsee törmäykset, joissa on mahdollisesti mielenkiintoista fysiikkaa Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 4

5 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 Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 5

6 Triggerit Normaalisti mahdollisesti mielenkiintoisten törmäysten valinta tehdään eri tasoissa mikäli törmäysdata ei läpäise tasoa, sitä ei enää viedä seuraavalle tasolle valinta tehdään lähtien yksinkertaisista muuttujista monimutkaisempiin kolmen tason triggeri yleisin ALICE, ATLAS, CDF, D0, LHCb Triggeri on hadronitörmäyttimien haaste leptoni törmäyttimissä pystytään tallentamaan huomattavasti suurempi osuus kaikesta datasta esimerkki: lineaarikiihdyttimen kokeissa riittää yhden tason triggeri Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 6

7 CMS kokeen triggeri CMS kokeen triggeri koostuu kahdesta tasosta: Ensimmäisen tason triggeri (Level trigger = L) sisääntulo taajuus: 40 MHz läpimeno taajuus: 00 khz tilaustyönä teetettyä elektroniikkaa Toisen tason triggeri (High Level Trigger = HLT) sisääntulo taajuus: 00 khz läpimeno taajuus: 00 Hz PC farmi, joka käyttää samantyyppisiä algoritmeja kuin fysiikka analyysi Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 7

8 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 puskureihin Puskureista kunkin osadetektorin data siirretään yhteen paikkaan Toisen tason triggeri etsii datasta mielenkiintoisia objekteja Mikäli niitä löytyy data kyseisestä törmäyksestä tallennetaan Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 8

9 CMS: Ensimmäisen tason triggeri Ensimmäisen tason triggeri tekee valinnan käyttäen dataa kalorimetristä ja myoni ilmaisimista Ensimmäisen tason triggerin objektit: 4 elektroni/photoni kandidaattia 4 keskikalorimetrin jettiä 4 etusuunnan jettiä 4 tau jettiä 4 myonia ET Triggeri algoritmi voi olla mikä tahansa kombinaatio objekteista ja niiden ET/pT leikkauksista puuttuva ET tapahtunut törmäys mahdollisuus tapahtua törmäys max 28 algoritmia Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 9

10 CMS: Ensimmäisen tason triggeri Ensimmäisen tason valinta pitää tehdä 3.2 s aikana myoni ilmaisimen signaalin keruu kestää 400 ns signaalin eteneminen ilmaisimesta ensimmäisen tason triggerille ja takaisin 2 s 7m paksu suojaseinä Suurin osa ensimmäisen tason triggeristä ilmaisimen viereisessä huoneessa myoni ilmaisimien ensimmäinen askelma rakennettu osaksi ilmaisinta Ensimmäisen tason triggeri ja tiedonkeruu elektroniikkaa Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 0

11 CMS: Ensimmäisen tason triggeri 28 törmäyksen data kerralla systeemissä Kaikki data etenee samalla tavalla pystytään yhdistämään tietystä törmäyksestä saatu informaatio Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200

12 CMS: toisen tason triggeri Ainoastaan ensimmäisen tason läpäisseiden törmäysten data tuodaan toisen tason triggerille Valinta tehdään ohjelmistojen avulla käyttää kaupallisia PCtä Vähemmän tiukat aika vaatimukset kuin ensimmäisen tason triggerillä keskimäärin 40 ms per tietyn törmäyksen data teknisesti helppo lisätä käytössä olevaa aikaa ostetaan lisää PCtä Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 2

13 CMS: toisen tason triggeri Valinta suoritetaan aloittamalla yksinkertaisimmista algoritmeista tarkennetaan ensimmäisen tason laskemat suureet (ET, eta, phi) hiukkasten tunnistus kinematiikka ja törmäystopologia varattujen hiukkasten ratojen laskeminen b kvarkkien identifioiminen analyysi Datan prosessointi lopetaan heti kun merkkejä mahdollisesti mielenkiintoisesta fysiikasta ei löydy Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 3

14 Harvennus (pre scaling) 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 00 tallennetaan joka sadas triggeristä läpi mennyt törmäys Harvennus auttaa keräämään datasettejä, joiden avulla pystytään arvioimaan triggerin tehokkuus Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 4

15 Triggerin tehokkuus (efficiency) Fysiikka analyysiä varten on tärkeää tietää kuinka suuri osuus halutuista törmäyksistä menee triggeristä läpi pitää pystyä laskemaan triggerin tehokkuus vertaamalla toiseen triggeriin syy miksi halutaan pitää pienemmän pt/et leikkauksen algoritmeja vertaamalla rekonstruoituun dataan, joka on valittu jollain toisella triggerillä jetti triggeri elektroni/fotoni triggeri Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 5

16 Triggerin kehittyminen Triggeriä operoidaan siten, että tallennetaan mahdollisimman suuri osa dataa kriteerejä muutetaan törmäystaajuuden muuttuessa esimerkiksi CMS kokeen L triggerissä on tähän asti päästetty läpi kaikki törmäykset muita triggereitä ajettu vierellä normaalisti voidaan tutkia kuinka hyvin ne toimivat Triggerin läpimenotaajuutta pystytään helpoiten muuttamaan suurentamalla kunkin objektin pt/et leikkausta Kehitystyö Super LHC:n triggeriä varten meneillään pt/et leikkausten tiukentaminen ei riitä pitämään ulostulotaajuus halutuissa rajoissa lisätään L triggeriin tietoa hiukkasten radoista Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 6

17 Algoritmeja (L=8 0 L Seed Muon triggers Jet triggers Electron triggers HLT Path 29 ) s cm 2 L HLT prescale prescale L_SingleMuOpen HLT_LMuOpen 0 L_SingleMu7 HLT_LMu 5 L_SingleMu20 HLT_LMu20 L_SingleMu7 HLT_L2Mu9 L_SingleMu7 HLT_L2Mu L_SingleMu3 HLT_Mu3 L_SingleMu3 HLT_Mu5 L_SingleMu7 HLT_Mu9 L_DoubleMuOpen HLT_DoubleMu0 L_DoubleMu3 HLT_DoubleMu3 L_DoubleMuOpen HLT_LDoubleMu L_SingleMu3 HLT_IsoMu3 L_SingleJet6U HLT_LJet6U 25 0 L_SingleJet6U HLT_Jet5U 25 L_SingleJet20U HLT_Jet30U 5 L_SingleJet30U HLT_Jet50U L_QuadJet6U HLT_QuadJet5U L_IsoEG0_Jet6U_ForJet6U HLT_FwdJet20U L_SingleJet6U HLT_DiJetAve5U 25 L_SingleJet20U HLT_DiJetAve30U Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 7

18 Algoritmeja (L= 0 L Seed Muon triggers removed removed new new HLT Path 3 s cm ) L L HLT HLT prescale prescale prescale prescale L_SingleMuOpen HLT_LMuOpen 000/ L_SingleMu7 HLT_LMu 5 00 L_SingleMu20 HLT_LMu20 L_SingleMu7 HLT_L2Mu9 L_SingleMu7 HLT_L2Mu L_SingleMu3 HLT_Mu3 L_SingleMu3 HLT_Mu5 25 L_SingleMu7 HLT_Mu9 L_SingleMu0 HLT_Mu s cm 2 L_SingleMu0 HLT_Mu5 L_DoubleMuOpen HLT_DoubleMu0 L_DoubleMu3 HLT_DoubleMu3 L_DoubleMuOpen HLT_LDoubleMu 0 removed L_SingleMu3 HLT_IsoMu3 new L_SingleMu7 HLT_IsoMu9 Jet triggers Electron triggers Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 8

19 Mielikuva triggeristä Törmäystaajuus Suomen pinta ala Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 9

20 Mielikuva triggeristä Törmäystaajuus : L triggeri = Suomen pinta ala : Helsingin pinta ala Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

21 Mielikuva triggeristä Törmäystaajuus : L triggeri : HLT triggeri = Suomen pinta ala : Helsingin pinta ala : Katajanokan pinta ala Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 2

22 Triggerin suunnittelu Identifioi miten fysiikkaprosessi näkyy ilmaisimessa muoni muoni elektroni elektroni photoni photoni kvarkki jetti gluoni jetti neutriino puuttuvaa energiaa Valitse näistä objekti ja ET/pT leikkaus siten, että mahdollisimman suuri osa signaalista menee läpi läpimenotaajuus pysyy sallituissa rajoissa tekniset rajoitukset fysiikka prioriteetit Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

23 Triggerin suunnittelu, b Esimerkki: t t W b W b b q q e e t t b b Ilmaisimessa näkyvät objektit q q muoni muoni 4 kvarkkia ( b q q, b ) 4 jettiä neutriino puuttuvaa energiaa Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

24 Triggerin suunnittelu Myoni triggerit Jetti triggerit Elektroni triggerit Fotoni triggerit Puuttuva ET triggerit pt/et leikkaus Läpimenotaajuus (GeV) (Hz) Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

25 Triggerin suunnittelu pt/et leikkaus Läpimenotaajuus Läpimennyt signaali (GeV) (Hz) (%) Myoni triggerit Jetti triggerit Puuttuva ET triggerit myonin pt 3. jetin ET. jetin ET 2. jetin ET 4. jetin ET puuttuva ET Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

26 Triggerin suunnittelu pt/et leikkaus Läpimenotaajuus Läpimennyt signaali (GeV) (Hz) (%) Myoni triggerit Jetti triggerit Puuttuva ET triggerit myonin pt 3. jetin ET q Myoni triggeri 5 GeV:n pt leikkauksella kaikki signaali menee läpi läpimenotaajuus pienin. jetin ET 2. jetin ET 4. jetin ET puuttuva ET Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

27 Tehtävä: suunnittele triggeri Kokeen fysiikka prioriteetit. hypersymmetria (keksitty tätä tehtävää varten) uusi mielenkiintoinen teoria, joka ennustaa uusia hiukkasia hajoaa standardimallin hiukkasiin 2. pareittain tuotetut top kvarkit, hajoamiskanavassa t t W b W b e e b q q b 3. jettien kokonaisvuorovaikutusala jetin ET:n funktiona Tekniset rajoitukset. läpimenotaajuus max 50 Hz Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

28 Tehtävä: suunnittele triggeri X Y Z y z q q q q X qq / gg qq, gg, qg, qqg, qgg, qqq, ggg,... y Y q Z x q q, t t W b W b e e b q q b e e t t b b... q q Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

29 Hypersymmetria kinematiikka X Y Z y z q q q q. jetin ET 2. jetin ET 3. jetin ET puuttuva ET Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

30 Ttbar kinematiikka t t W b W b e e b q q, b elektronin pt 3. jetin ET. jetin ET 2. jetin ET 4. jetin ET puuttuva ET Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

31 Jettien kinematiikka qq / gg qq, gg, qg, qqg, qgg, qqq, ggg,... Jetin ET Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne, 200 3

32 Hypersymmetrian triggeri Jetti triggerit Puuttuva ET triggerit pt/et leikkaus Läpimenotaajuus Läpimennyt signaali (GeV) (Hz) (%) Valitaan puuttuva ET triggeri 60 GeV leikkauksella. jetin ET 2. jetin ET 3. jetin ET puuttuva ET Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

33 Top kvarkkien triggeri Elektroni triggerit Jetti triggerit Puuttuva ET triggerit pt/et leikkaus Läpimenotaajuus Läpimennyt signaali (GeV) (Hz) (%) elektronin pt 3. jetin ET Valitaan elektroni triggeri 20 GeV leikkauksella. jetin ET 2. jetin ET 4. jetin ET puuttuva ET Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

34 Jettien triggeri Jetti triggerit pt/et leikkaus Läpimenotaajuus Läpimennyt signaali (GeV) (Hz) (%) Jettien ET Läpimenotaajuus liian suuri alle 80 GeV jeteille Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

35 Jettien triggeri Jetti triggerit pt/et leikkaus Läpimenotaajuus (GeV) (Hz) Läpimenotaajuus Läpimennyt signaali harvennuksen jälkeen (Hz) (%) Jettien ET Harvennus Käytetään harvennusta tallennetusta datasta löytyy jettejä kaikilla energioilla harvennuksesta huolimatta tarpeeksi pienen energian jettejä harvennus otettava huomioon fysiikka analyysia tehtäessä Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

36 Optimoidut triggerit Triggeri pt/et leikkaus Harvennus (GeV) Läpimenotaajuus (Hz). hypersymmetria Puuttuva ET triggeri top kvarkit Elektroni triggeri jetit Jetti triggerit Läpimenotaajuus yhteensä: 4 Hz Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

37 Todellisuudessä vähän monimutkaisempaa Kymmeniä fysiikkaprosesseja kokeen prioriteetit Korrelaatio eri triggereiden välillä kun lisätään uusi triggeri, kokonaisläpimenotaajuus nousee vain sen verran kuin uusia törmäyksiä menee triggeristä läpi Kombinaatio triggereistä esimerkiksi 20 GeV myoni + 30 GeV puuttuvaa energiaa Epätarkkuus arvioiduissa sirontavaikutusaloissa jätettävä marginaalia maximi läpimenotaajuuteen Optimoida fysiikka potentiaali pienellä törmäystaajuudella löysemmät triggerit kuin suurella törmäystaajuudella Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,

38 Yhteenveto Triggeri on tärkeä osa hadronitörmäytinkoetta se on systeemi, joka nopeasti valitsee törmäykset, joissa on mahdollisesti mielenkiintoista fysiikkaa sitä tarvitaan, koska kaikkea dataa ei pystytä tallentamaan se on ensimmäinen askel valittaessa dataa fysiikka analyysiin CMS kokeen läpimenotaajuudet Läpimenotaajuus (Hz) Törmäystaajuus Ensimmäisen tason triggeri Toisen tason triggeri 00 Hiukkasfysiikan kesäkoulu, Tvärminne,