4.2 I sistemi di rivelazione di ATLAS
4.2.5 Il sistema di Trigger
L’alta frequenza di interazioni, 109eventi al secondo ad alta luminosit`a, costringe gli esperimenti
all’utilizzo di un sistema di trigger per limitare l’acquisizione a dati di interesse [flt97]. Il sistema di trigger di ATLAS `e organizzato su tre differenti livelli di selezione (figura 4.12).
2 4 6 8 10 12 m 0 0 Radiation shield MDT chambers End-cap toroid
Barrel toroid coil
Thin gap chambers
Cathode strip chambers
Resistive plate chambers
14 16 18
20 12 10 8 6 4 2m
Figura 4.10: Visione sul piano r − z della disposizione delle camere per i muoni.
End-cap toroid Barrel toroid coils Calorimeters MDT chambers
Resistive plate chambers
Inner detector
4.2. I SISTEMI DI RIVELAZIONE DI ATLAS 81 Il primo livello utilizza le informazioni dello spettrometro per i muoni (RPC e TGC) e il segnale misurato nelle torri proiettive del calorimetro adronico TileCal per identificare muoni e jet ad alto impulso trasverso. Queste informazioni permettono di identificare delle regioni di interesse (Regions of Interest - RoI) nelle quali `e stato misurato un segnale interessante. A questo livello, per problemi di frequenza di trasferimento ed elaborazione dati, non `e possibile utilizzare n´e la granularit`a completa dello spettrometro per muoni e dei calorimetri n´e l’informazione del rivelatore interno. Durante l’attesa della decisione del primo livello di trigger (2 µs), l’informazione completa di tutti i sotto-rivelatori `e registrata in memorie temporanee (pipeline memory) poste a livello dell’elettronica di front-end dei rivelatori. Il sistema di trigger di primo livello permette di ridurre la frequenza degli eventi da 40 MHz (i pacchetti di protoni si attraversano ogni 25 ns) a 10-100 kHz.
Quando l’evento `e accettato dal trigger di primo livello, le regioni di interesse sono trasmesse al secondo livello. L’informazione completa contenuta nelle memorie tampone di ogni sotto-rivelatore viene mandata a questo punto ai ROD (Read-Out Drivers). Il trigger di secondo livello accede, grazie ai ROB (Read-Out Buffers), alle informazioni complete di tutti i sotto-rivelatori nelle regioni di interesse (RoI). Questo permette di ottenere una valutazione pi`u precisa sugli impulsi delle tracce cariche e sui rilasci calorimetrici. Gli eventi vengono selezionati sulla base di queste informazioni. Il tempo richiesto da questo livello di trigger `e tra 1 e 10 ms. In uscita da questo livello di trigger la frequenza di eventi accettati passa da 10-100 kHz (trigger di primo livello) a 100-1000 Hz.
Gli eventi accettati dal secondo livello di trigger vengono infine trasmessi al terzo livello (Event Builder). A questo livello gli eventi sono completamente ricostruiti in modo da utilizzare l’in- formazione completa di tutto il rivelatore. La selezione degli eventi potenzialmente interessanti viene affidata a questo punto ad algoritmi piuttosto complessi (il tempo medio richiesto `e di circa 1 s). Gli eventi che usciranno dal terzo livello di trigger avranno una frequenza di circa 100 Hz corrispondente ad una quantit`a di dati da registrare ad alta luminosit`a di circa 10-100 MB per secondo.
LEVEL 2 TRIGGER LEVEL 1 TRIGGER
CALO MUON TRACKING
Event builder Pipeline memories Derandomizers Readout buffers (ROBs) EVENT FILTER Bunch crossing rate 40 MHz < 75 (100) kHz ~ 1 kHz ~ 100 Hz Interaction rate ~1 GHz
Regions of Interest Readout drivers(RODs)
Full-event buffers and processor sub-farms
Data recording
Capitolo 5
La calorimetria di ATLAS
In questo capitolo verr`a brevemente descritto il funzionamento di un calorimetro e le sue caratte- ristiche principali.
In seguito verr`a descritta la parte centrale del calorimetro del rivelatore ATLAS (|η| < 1.475). In questa regione il calorimetro ad Argon liquido (LAr) ed il calorimetro a piastrelle scintillanti (TileCal) permettono la misura di energia depositata dalle particelle uscenti.
5.1
Caratteristiche generali di un calorimetro
Negli esperimenti di fisica delle alte energie i calorimetri sono usati per rivelare le particelle in- cidenti e misurare le loro propriet`a. L’interazione di una particella incidente con la materia che costituisce un calorimetro pu`o far perdere energia mantenendo l’identit`a della particella o pu`o originare nuove particelle di energia inferiore che interagiscono a loro volta con il materiale. Que- sto secondo processo porta ad una cascata o sciame di particelle secondarie. A seconda del tipo di calorimetro, una frazione dell’energia rilasciata in questi processi viene convertita in segnali misurabili (per esempio attraverso scintillazione o ionizzazione). Il segnale prodotto `e legato alla energia totale depositata nel calorimetro e, se la particella deposita tutta la sua energia nel ca- lorimetro, all’energia della particella. La capacit`a di legare i segnali dei calorimetri con l’energia depositata dalle particelle rendono i calorimetri molto importanti per gli esperimenti di fisica delle alte energie. Inoltre i calorimetri hanno anche altre caratteristiche importanti:
• Sono sensibili sia alle particelle neutre che alle particelle cariche.
• Lo spessore di materiale necessario per assorbire completamente l’energia totale E di una
particelle aumenta come ln(E).
• La risoluzione aumenta all’aumentare dell’energia.
• La risposta in tempo `e breve e pu`o essere utilizzata per il sistema di trigger.
• Se il calorimetro `e segmentato la posizione delle particelle incidenti pu`o essere misurata.
Per poter conoscere l’energia rilasciata nel rivelatore bisogna costruire il calorimetro con materiale in grado di generare i segnali. Questa esigenza divide i calorimetri in due categorie: calorimetri
Figura 5.1: Interazioni elettromagnetiche in piombo [fab03].
(a) Frazione dell’energia persa in piombo da elettroni e positroni in funzione dell’energia [PDG02]. (b) Sezione d’urto di interazione del fotone in piombo in funzione dell’energia [fab87].
omogenei e calorimetri a campionamento. Per i primi il materiale che costituisce il rivelatore `e allo stesso tempo assorbitore e materiale attivo che genera il segnale. Per i secondi il materiale attivo `e intervallato da materiale assorbitore. A causa della fluttuazione dovuta al campionamento, la seconda tecnica ha risoluzione inferiore alla prima, ma costi pi`u contenuti e permette di costruire rivelatori di dimensioni pi`u ridotte. I calorimetri presenti in ATLAS sono di tipo a campionamento. Negli esperimenti di fisica delle particelle, le particelle che interagiscono nel calorimetro rila- sciando tutta o parte della loro energia sono elettroni (e), fotoni (γ), adroni (h) e muoni (µ). Le differenze tra le interazioni di e/γ e h con il materiale calorimetrico conducono a costruire i calorimetri composti da due sezioni longitudinali: la prima misura l’energia di e/γ (sezione elettro- magnetica), mentre l’insieme della prima e della seconda sezione (detta sezione adronica) permette l’assorbimento completo degli sciami adronici e quindi la misura della loro energia.