M.D. 19-octobre-2007CSTS du SPP1 CSTS du 19 octobre 2007 CMS-Saclay Programme : État davancement de...

M.D. 19-octobre-2007

CSTS du SPP 1

CSTS du 19 octobre 2007CSTS du 19 octobre 2007CMS-SaclayCMS-Saclay

● Programme :● État d’avancement de CMS● Avancement de ECAL● Les engagements de Saclay dans ECAL

►Le système de monitorage►SRP►Tests en faisceau

● Les engagements de Saclay dans la physique►Recherche du Higgs en γγ►Test du Modèle Standard►Recherche du Higgs MMSM en bbH/A → ττ → eμ

● Perspectives et conclusions


CSTS du SPP 2

CSTS du 19 octobre 2007CSTS du 19 octobre 2007CMS-SaclayCMS-Saclay

Poids total12500 T

Diamètre extérieur 15.0 m

Longueur 21.5 m

Champ magnétique 4 Tesla

ECAL

Traceur

HCAL

Retour de champ

Aimant solénoïdalsupraconducteur

Muons

Calorimètre à petit angle


CSTS du SPP 3

État d’avancement de CMSÉtat d’avancement de CMS

● CMS testé en surface (2006) :● Bobine

►Champ nominal atteint

● Premiers événements cosmiques


CSTS du SPP 4


● Descente dans le puits● fin 2006-début 2007


CSTS du SPP 5

Pixels/TraceurPixels/Traceur

● Traceur prêt à être transporté au P5

● Pixels prévus pour janvier 08


CSTS du SPP 6


● Insertion du ECAL

Premier ½ tonneau installé en mai

Second ½ tonneauInstallé et testé en 12 jours ouvrables

Début du câblage

● Tous les SMs testés en cosmique● Intercalibration des cristaux ~2%● Canaux morts : 28/61200● Canaux pathologiques : 7


CSTS du SPP 7

HF et blindageHF et blindage

● Test du positionneur du HF


CSTS du SPP 8

Préparation de CMSPréparation de CMS

● Global runs mensuels :● 3 jours à la fin de chaque mois● 7 sous détecteurs présents en septembre

►HO-HB-Tracker FEDs-CSC FEDs-RPC-EB-DT-HF

● Résultats►Lecture de ECAL, HB, HF, HO, HE, DT,

RPOC, CSC et LUMI frontends►Lecture de 50 % du Traceur►Mise en œuvre du « Trigger Supervisor »►Mise en œuvre du « Run-Control »,

Initialisation et configuration de détecteurs depuis les DBs

►Mise en œuvre du DQM►HLT et reconstruction avec CMSSW►Transfert Tier0-Tier1 et Tier2 (délai

typique = 1 heure)►Shifts délocalisés (FNAL) avec analyse

des données sur Tier1


CSTS du SPP 9

Préparation de CMSPréparation de CMS

● CSA07 (computing, software and analysis challenge)● Mise en service de la chaîne globale d’analyse et de

simulation►Test des performances et de la stabilité des outils de

production ►Plan de charge : simulation de 50% des besoins de 2008


CSTS du SPP 10

Les engagements de Saclay dans CMSLes engagements de Saclay dans CMS

● CMS canal historique : ECAL● Système de monitoring

►Système opto-mécano-électronique►Traitement des données

● Processeur de lecture sélective (SRP)

● CMS canal habituel● Recherche du boson de Higgs en γγ

● CMS canal progressiste● Étude des couplages à 3 bosons de jauge● Recherche du boson de Higgs MSSM en ττ → eμ


CSTS du SPP 11

Le groupe CMS à SaclayLe groupe CMS à Saclay

● Composition actuelle: ● 15 physiciens SPP :

M. Besançon, M. Dejardin, D. Denegri, B. Fabbro, J.L. Faure, S. Ganjour, F.X. Gentit, A. Givernaud , G. Hamel de Monchenault, P. Jarry, E. Locci, J. Malclès, A. Rosowsky, M. Titov, P. Verrecchia

● 1 physicien conseiller scientifique : J. Rander

● 1 doctorant (terminé en 2007) : J. Descamps● 1 Postdoc (novembre) : F. Ferri

● 13 ingénieurs et techniciens SEDI :

M. Anfreville , J-P. Bard, M. Boyer, A. Gomes, P. Gras, C. Jeanney, I. Mandjavize, Y. Penichot, D. Pierrepont (antenne), J.M Reymond, J. Rolequin, J. Tartas, P. Venault


CSTS du SPP 12

CMS-ECALCMS-ECAL


CSTS du SPP 13

Les engagements de Saclay dans ECALLes engagements de Saclay dans ECAL

● Calorimètre performant pour la recherche H →γγ● But :● Problème :

►Maintenir la stabilité du détecteur ~ O(mois)►Taille des événements

● Système de monitorage :● Optique : Harnais, boite diffusante et mécanique associée● Électronique : préampli, numérisation et mécanique associée

►3 ingénieurs, 8 techniciens, 2 physiciens

● Traitement en temps réel des données● Ferme de monitorage

►5 physiciens, 1 ingénieur, 1 technicien

● Lecture sélective des événements● Modules SRP : développement des modules et algorithmes

►2 ingénieurs, 1 physicien

● Maîtrise du détecteur● Expertise électronique VFE & ULR et reconstruction des signaux● Préparation et analyse des tests en faisceau● Simulation

►11 physiciens, 1 thésard

Électronique

Uniformisation et stabilité du calorimètre

σ(E)E

≈3%E +0.5% +

200MeVE


CSTS du SPP 14

Stabilité du calorimètreStabilité du calorimètre

● Pourquoi :

● ∂(LY)/∂T, 1/M(∂M/∂T) ~ -2%/K● 1/M(∂M/∂V) ~ 3%/V

● Comment : ● Système de suivi de la transparence des cristaux en temps réel

►Injection de lumière laser dans chaque cristal et comparaison avec la réponse de diode de référence

● Analyse des données en temps réel = surveillance du détecteur


CSTS du SPP 15

Le système de monitorageLe système de monitorage

● Architecture :

SEDI/LID

SEDI/LSEO

Caltech

CERNLyonTurinZurich

US-CMS

75688 voies

528 voies


CSTS du SPP 16


● 88 harnais L2 (1 vers 7)● 400 harnais L1 (1 vers 200)● 264 FEMs (2 diodes PN)● 44 MEMs (lecture de 6 FEMs)


CSTS du SPP 17


● Installation sur ECAL


CSTS du SPP 18


● Bilan 2007● Tous les éléments sont produits et testés et validés

► Énorme implication du SEDI depuis 10 ans

● 36 SM réalisés en juin 2007► ~15 jours.homme/SM

● 4 Dees réalisés en juin 2008►~30 jours.homme/Dee

● Le sérieux et la ponctualité du travail de Saclay est très apprécié et reconnu par CMS !

● Fort engagement du SEDI et aide précieuse et indispensable de l’Antenne


CSTS du SPP 19

La génération des événements de monitorageLa génération des événements de monitorage

● Génération des données au LHC :

● Rythme : 100 Hz (limite du laser)►1 gap sur 112►Volume de données : 8 Go/30mn

● Rôle de Saclay ►Synchronisation laser-DAQ-LHC (EMTC)►Traitement des données de monitorage

Structure du faisceau du LHC


CSTS du SPP 20

Traîtement des données laser : Traîtement des données laser : « ferme de monitorage »« ferme de monitorage »

FilterFarm

HLT

Laser FarmDisk Buffer

OMDS

ORCOFFOffline Reconstruction

P5

Tier0CAF

Primitives laser

Correction de transparence

Repackage Laser Data

ORCON

Gap Events

RC

EMTC

LASER

TTC

CMS

● Rôle de Saclay :● Calcul des

primitives laser ● Calcul des

corrections de transparence

Welcome toMusECAL


CSTS du SPP 21

● 78688 cristaux – canaux de lecture● 4032 unités de déclenchement (lecture synchrone 40 MHz)● 3072 unités de lecture (lecture asynchrone 100 kBq)

►Lecture totale ECAL(1,5 Mo) > Taille événement CMS (1 Mo)►Réduction intelligente /20 (biais négligeables sur la physique)

→ Pas de suppression de zéros massive→ Lecture de zones d’intérêt hiérarchisées→ + Lecture de tous les dépôts d’énergie avec une grosse

granularité

L’acquisition des données dans ECALL’acquisition des données dans ECAL

Unité de lecture

Unité de sélection

36 Super-modules (tonneau)

8 x ½ Dé (bouchon)


CSTS du SPP 22


3 μs

CERNLyonTurinZurich

US-CMS

LLR

LIP

Saclay

CERN


CSTS du SPP 23

Le projet SRPLe projet SRP

● SRP@P5


CSTS du SPP 24

État d’avancement du projet « SRP »État d’avancement du projet « SRP »

● Projet :● Définition des algorithmes et codage du micro-code

►OK

● Production et test des modules VME►OK

● Installation des modules dans CMS►Tonneau OK►Bouchon à faire

● En cours :►Déverminage avec l’électronique OD du ECAL►Intégration dans le Global Run

● À faire ►Validation des algorithmes sur données réelles

● Qualité du travail de Saclay reconnu dans CMS !


CSTS du SPP 25

Maîtrise du détecteurMaîtrise du détecteur● Activités tests en faisceau

● Forte présence depuis 1996● Expertise en électronique et reconstruction des signaux

►Laser, particules, injection électronique►Étalonnage de l’électronique

● Démonstration de la faisabilité du maintien de la stabilité du calorimètre

►Compréhension du système de monitorage►Correction des dégâts dus aux irradiations►Transport des coefficients d’étalonnage

● Optimisation de la résolution du calorimètre►Corrections des pertes inter-cristaux

et inter-modules►Corrections de linéarité

● Reproduction des résultats en simulation


CSTS du SPP 26

● H4● 9 SM testés en 2006

►Intercalibration @50 Gev et 120 GeV►Reproductibilité des mesures►Courbes de résolution sur 70 cristaux►Études des corrections de « gaps » et

de « cracks » dans 9 SM

● 500 cristaux de Dee4 testés en 2007►Intercalibration►Irradiation (russe vs chinois)

● H2● Test combiné ECAL-HCAL

● P5● Mise en route du système de monitorage

►Synchronisation laser-DAQ

Maîtrise du détecteurMaîtrise du détecteur


CSTS du SPP 27

Applications des connaissancesApplications des connaissances

● Rédaction du TDR de physique● Performances du détecteur (Vol. 1)● Physique du Modèle Standard (Vol. 2)

● Aide pour faire de la bonne physique● Objets calorimétriques électromagnétiques

► Recherche de la désintégration du boson de Higgs en γγ► Étude des états finals à 2 bosons de jauge Z0

→ États finals à 4 électrons

● Extension à tous les objets leptoniques► Recherche des couplages à trois bosons dans les états finals

leptoniques► Recherche du boson de Higgs supersymétrique dans la voie

ττ→eµ


CSTS du SPP 28

Recherche du boson de Higgs en Recherche du boson de Higgs en γγγγ

● Intérêt● Voie prometteuse si m(H)< 130 GeV/c2

● Application des connaissances sur le calorimètre● Recherche d’une raie spectrale étroite sur un fond continu

►Rapport S/N ~ 1/15►Directement lié à la résolution du calorimètre

● Implication de Saclay● Optimisation de la résolution du calorimètre

►Correction des pertes d’énergie entre cristaux, entre modules►Algorithme de recherche d’amas -> Thèse de Julien Descamps►Reconstruction en position des photons

● Perspectives● Intégration des outils dans CMSSW● Publicité sur ces outils

►Manque de visibilité du groupe dans CMS● Renforcer le groupe ++


CSTS du SPP 29


● Outils de recherche d’amas / Correction d’énergie● Correction d’énergie

● Recherche d’amas Z→ee

Matrice 3x3 = S9

Test beam


CSTS du SPP 30


● Comparaison algorithme Hybrid

● Effet sur H → γγ● Gain faible

►Correction Hybrid optimisée pour H→γγ !

● Mais►Étalonnage Hybrid = MC►Étalonnage S9 = données

Correction ad-hoc

Hybrid


CSTS du SPP 31

● 2 voies de production : voie s, voie t● Voie s = couplage à 3 bosons de jauge (TGC)

● Couplage à 3 bosons de jauge● TGC chargés : WWZ, WWγ

►Permis dans le SM

● TGC neutres : ZZZ, ZZγ►Interdits dans le SM

● Motivations● Test du caractère non-abélien de la théorie de jauge● Recherche de couplages anormaux

►Fenêtre sur de la nouvelle physique

→ Augmentation de la section efficace à grand PT

→ Corrélations angulaires

● Bruit de fond irréductible dans la recherche directe du boson de Higgs et de SUSY

● Engagement : 2 physiciens

États finals à 2 bosons de jaugeÉtats finals à 2 bosons de jauge

voie s

voie t

fZ40 = 0.02

fg50 = -0.02


CSTS du SPP 32

États finals à 2 bosonsÉtats finals à 2 bosons

● État final WZ● Dominé par la voie s

►Accès au TGC

● Observé au Tevatron (D0 : σ(WZ) = 4.0 +1.9

-1.5 pb)►Accord avec prédiction MS

● LHC : σ(WZ) ~ 32 pb►Observation à 5 sigmas : 150 pb-1

● État final ZZ● Dominé par la voie t● Limite du Tevatron (σ(ZZ) < 3.8 pb,

attendu 1.4 pb)● LHC : σ(ZZ) ~ 21 pb

►Observation à 5 sigmas : 1 fb-1

WZ

ZZ


CSTS du SPP 33

Recherche du boson de Higgs MSSM en Recherche du boson de Higgs MSSM en ττ→ττ→eeµµ

● Couplage H→ττ augmenté pour les grandes valeurs de tan(β)

● Voie concurrentielle pour les basses valeurs de la masse de H

● Saclay ● bb(H→ττ→ eµ+ET

mis)● Canal de contrôle vs découverte● Bonne connaissance des e/µ/ET

mis et trigger e/µ à bas PT

►Ingrédients utiles pour toute recherche au delà du SM

● Faible bruit de fond SM

● Engagement : 3 physiciens


CSTS du SPP 34

ConclusionsConclusions

● Aspects techniques sous contrôle ● Distribution de lumière● Acquisition des données de monitorage

● En cours de déploiement sur CMS● Traitement en ligne des données de monitorage● Lecture sélective des événements

● Préparation à la physique au LHC● Expertise technique et physique du ECAL +++● Implication dans 3 sujets de recherches complémentaires

►Cours, moyen et long terme►Possibilité d’étendre le champ d’investigation avec des renforts

● Programme de CMS prêt pour 10 pb-1, 100 pb-1, 1fb-1

►Calibration, alignement►Modèle Standard►Higgs, SUSY

● Renforcement du groupe nécessaire pour exploiter notre expertise sur le détecteur et augmenter notre visibilité dans la physique.


CSTS du SPP 35

Merci pour votre attentionMerci pour votre attention

γ

γ


CSTS du SPP 36

CMSCMS

Réserve


CSTS du SPP 37

Les cristaux de tungstate de plomb PbWOLes cristaux de tungstate de plomb PbWO44

Densité 8.28 g.cm3

X00.89 cm

RM2.19 cm

EC~10 MeV

Pic d’émission 420-440 nm

Coef. Température

-2%/°K

● Calorimètre ECAL de CMS : 75848 cristaux très denses de Tungstate de Plomb PbWO4

● La gerbe produite fait scintiller le cristal et ● La lumière est ensuite transformée en signal électrique par

~2 cm

23 cm = 26 X0

Tonneau Bouchons

Dimensions du cristal

(cm)

~2 x 2 x 23

17 formes2.86 x 2.86 x

21

Photo-

détecteurs

Photodiodes à avalanche

APD

Phototriodes à vide

VPT

incidenteparticulephotons EN 2 photodiodes à avalanche APD (tonneau)

1 phototriode à vide VPT (bouchons)


CSTS du SPP 38

Simulation d’une gerbe électromagnétiqueSimulation d’une gerbe électromagnétique

e- 120 GeV

Cristal


CSTS du SPP 39

Compréhension du système de monitorageCompréhension du système de monitorage

s = 1.4/1000

100 cristaux/3 semaines :APD/PN : s = 1.5/1000

Évolution relative APD/PN en laser


CSTS du SPP 40

Correction des dégâts dus aux irradiationsCorrection des dégâts dus aux irradiations

σ(α)/α= 4,2 %


CSTS du SPP 41

Transport des coefficients d’étalonnageTransport des coefficients d’étalonnage

Coefficients d’étalonnage résiduels après correction du système de monitorage


CSTS du SPP 42

Motivations et objectifsMotivations et objectifs Système de lecture du calorimètre ECAL→ 75848 cristaux / canaux électroniques

→ 10 échantillons à 40 MHz

→ Unité de lecture constituée de 5x5 = 25 cristaux

→ 3072 Unités de Lecture (UL)

Trigger de niveau 1 (L1)→ Cristaux regroupés en Tours de Trigger (TT)

→ 4032 TDs

30600canaux

7324 canaux1224 TDs1224 ULs

792 TDs312 ULs

=

UL TT

≠

UL TT

Bouchon z-

Demi-tonneau z-

Demi-tonneau z+

Bouchon z+

Lecture Sélective:→ Définit évènement par évènement les zones de fort intérêt

→ Lit les données de précision des canaux de ces zones

→ Applique une suppression de zéros sévère sur le reste des canaux

Suppression de zéros : non linéarité et dégradation de la résolution en énergie

Taille des données brutes pour 1 évènement ECAL (1,5 Mo) > taille d’un évenement CMS complet (1 Mo)→ taille moyenne allouée à ECAL pour un évènement: 100 ko

Flot de données maximal de ECAL, 150 Go/s > bande passante du DAQ, 100 Go/sNécessité d’un facteur de réduction voisin de 20


CSTS du SPP 43

Différents types d’algorithmes de Lecture SélectiveDifférents types d’algorithmes de Lecture Sélective

Faible intérêt Isolée Centre

VV VVV

V

V

V

VVV VV

V

V

V

V

VVV

VVV

V C

Voisines

ET

Seuil Bas

Seuil Haut

Les TT sont classées suivant l’énergie déposée:

Fenêtre glissante sur une grille η-φ de 3x3 ou 5x5 TT

Les canaux des Unité de Lecture (UL) formant les TT Isolées, Centres et Voisines sont lus sans suppression de zéros (SZ) ou avec une suppression de zéros avec un faible seuil.

Une suppression de zéros sévère (éventuellement totale) est appliquée sur les canaux des UL formant les TT Faible intérêt.

Les données sélectionnées sont complétées par une carte de l’énergie déposée couvrant l’ensemble du calorimètre avec la granularité des TT.

→ La réduction du volume de données nécessaire peut être atteinte sans affecter les performances de Physique→ Algorithme implanté dans la simulation globale de CMS

Indicateurs “SR” de lecture sélective:


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CSTS du SPP 53


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CSTS du SPP 55


40 MHz

100 kBq

40 MHz

3 μs

CERNLyonTurinZurich

US-CMS

LLR

LIP

Saclay

CERN

100 kBq

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