Achegándonos ao LHC

INICIO CERN LHC DETECTORES MODELO ESTÁNDAR LIGAZÓNS

-

 LHC TRIGGER
 


En Física de Partículas, o trigger é un sistema que usa criterios simples para decidir rapidamente que eventos deben ser considerados cando só unha pequena fracción poden ser gravados. Los sistemas Trigger son precisos debido ás limitacións no almacenamento de datos e na capacidade de análise de sucesos. Dado que nos experimentos búscase sucesos "interesantes" que ocorren a unha relativamente baixa ratio, os sistemas trigger son usados para identidficar eventos que  podan ser gravados para posterior análises. Os actuais aceleradors teñen unha ratio de eventos maiores de 1 MHz e as ratios dos trigger deben ser máis baixos de 10 Hz.  A relación entre estes dous ratios coñeceses como selectividade do trigger. Por exemplo, o Large Hadron Collider ten unha ratio de eventos de 1 GHz (109 Hz), e se espera que o bosón de Higgs se produza cunha ratio de alomenos de 0.01 Hz. Por tanto, a selectividade mínima requerida é 10−11.

Os Triggers fan uso de deseños paralelos aproveitando a simetría do detector: a mesma operación pode ser levada a cabo en diferentes partes do dectector. A escala global os sistemas trigger se dividen en niveis ("levels"). A idea é que cada nivel seleccione datos para ser levados ao seguinte nivel no que haberá máis tempo e información para tomar unha mellor decisión. 

Un primeiro sistema de proceso electrónico -hardware- toma a decisión inicial de manter un suceso en memorias canalizadas para ser levado ao seguinte sistema de proceso -software-, baseado en sofisticados algoritmos para que tome a decisión subsecuente para unha final reconstrucción do evento.

Cada detector ten o seu particular deseño e propiedades para o sistema trigger. Por exemplo, no CMS o primeiro nivel permite un almacenamento dos datos por 3.2 μs, despois do cal non máis de 100 kHz de eventos almacenados son dirixidos ao High Level Triggers. O Level-1 (L1)  está baseado en dispositivos electrónicos, mentres que o High Level Trigger (HLT), utiliza procesadores comerciales. O sistema L1 utilizada datos "brutos" segmentados desde os calorimetros e detectores de muóns, mentres que o HLT pasa unha fracción destes eventos para un máis completo proceso.

Diagrama de bloques do L1 trigger do CMS


Vexamos agora o caso do detector LHCb .

O experimento LHCb está deseñado para aproveitar o gran número de pares b-anti_b  producidos nas colisións p-p a 14 TeV, co fin de realizar estudos precisos sobre a violación CP e certos raros decaementos en hadróns con quarks b.

O LHCb opera cunha luminosidade media de 2×1032 cm2·s1, moito menor que a máxima coa que está deseñado o LHC, o que permite unha menor incidencia dos daños por radiación.

A esta luminosidade uns 10 MHz de cruces (en troques dos 40 MHz en CMS ou ATLAS) con colisións p-p visibles no detector son esperadas cunha ratio duns 100 kHz de pares b-anti_b. Non obstante, só un 15% deses eventos serán detectados, e deles soamente unha fracción de 103 suponen desintegracións interesantes para o estudio da violación CP.

Polo tanto, o número de eventos por segundo interesantes que deben ser atopados son:

100 kHz × 15% × 10-3  → 100·103 × 0.15 × 10-3  = 15  (15 Hz)

Pero lembremos que 10 MHz de colisións se producen, polo que un enorme traballo debe ser realizado polo sistema trigger do detector.

O LHCb trigger está dividido en dous niveis: Level-0 (L0) e High Level Trigger (HLT).

Podemos dicir que o L0 é un sistema baseado en hardware, e o HLT está baseado en software.


O L0 (Level-0) está implementado en forma electrónica, e reduce a ratios desde os 30 a 1 MHz cunha latencia fixada de 4μs. A latencia é o tempo transcurrido entre a interacción p-p e a chegada da decisión do Level-0 ao FE (O sistema Front-End do LHCb é definido como o proceso e almacenamento intermedio de todos os sinais do dectector ata seren descargados no sistema de Adquisición de Datos-DAQ.

O propósito do Level-0 é reducir os 10 MHz de interaccións p-p a un valor que permita decidir sobre os eventos xerados. Debido ás grandes masas, os b-hadrons decaen para dar  leptóns, hadróns ou fotóns de gran enerxía, polo que o Level-0 reconstrúe:

-  os agrupamentos de leptóns, hadróns ou fotóns nos calorímetros con máis altas enerxía

-  os muóns con máis altos momentos transversais nas cámaras de muóns.

Esta informacion é recollida polo Level-0 Decision Unit para a selección de eventos. Este sistema (L0DU) recolle toda a información desde os compoñentes do Level-0 formando así o  Level-0 Trigger. O L0DU é quen de tomar a decisión sobre o evento para que o Readout Supervisor transmita esa decisión ao FE.


O HLT (High Level Trigger) ten acceso a todos os datos. Cun output rate de 1 MHz desde o Level-0 los datos son dixitalizados e almacenados para ser procesados por sofisticados algoritmos na "trigger farm" formada por 2000 PCs.

O HLT algoritmo é dividido en dúas fases secuenciais  (HLT1 e HLT2). HLT1 aplica unha progresiva e  parcial reconstrucción desde os eventos candidatos procedentes do L0. Diferentes secuencias de  reconstrucción (chamadas "alleys") con diferentes algoritmos e cortes de selección son aplicadas segundo o tipo de candidato que provén do L0. O HLT implica complexos test físicos para buscar específicas "marcas" ou sinaturas,  como por exemplo determinados sinais nas cámaras de muóns. De forma xeral, de cada cen mil eventos por segundo soamente unhas decenas serán almacenados sendo descartados o resto. Só interesan aqueles que nos podan mostrar algo de nova física.

Para máis detalles ver http://lhcb-elec.web.cern.ch/lhcb-elec/html/architecture.htm



© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO | Deseño orixinal de Gabriel Morales Rey