Forskningsprojekt Atlas-experimentet
ATLAS-experimentet är ett av fyra stora experiment vid Large Hadron Collider-anläggningen (LHC) vid CERN och en av två generella detektorer som är utformade för att utforska ett brett spektrum av frågor om materiens grundläggande beståndsdelar och naturkrafterna.
Trigger- och datainsamlingselektronik för ATLAS. Stockholms universitet har varit en stark deltagare i ATLAS från den tidiga utvecklingsfasen, med viktiga bidrag till instrumentering inom två områden: Nivå 1-kalorimeterns utlösare och front-end datainsamling och avläsningssystem för den hadroniska Tile-kalorimetern.
Projektbeskrivning
ATLAS nivå 1-kalorimeterns utlösare
För att utnyttja LHC:s fulla fysikaliska potential måste acceleratorn producera så många kollisioner som möjligt. Grupper av protoner möts frontalt i detektorerna 40 miljoner gånger per sekund, med flera kollisioner vid varje korsning (upp till ~40 under 2012). Den totala datamängd som genereras av de miljontals detektorsensorerna är mycket större än vad som kan läsas ut och lagras. ATLAS är konstruerat med ett system för utlösning och datainsamling i tre nivåer som endast väljer ut ~200 "intressanta" händelser per sekund av de 40 miljoner som ska lagras för senare analys.
Stockholms universitet har haft en viktig roll i utformningen och uppgraderingen av Level-1 Calorimeter Trigger (L1-Calo), ett specialbyggt elektroniksystem som utför en analys med grov upplösning av de deponerade partikelenergierna från alla 40 miljoner kollisioner varje sekund. Resultaten av de olika urvalsalgoritmerna används för att välja ut färre än 75 000 av dessa händelser som ska läsas ut och analyseras ytterligare i mer detalj av stora CPU-farmar, medan resten kasseras. Utmaningen för L1-Calo är att uppnå en så stor minskning av hastigheten utan att förlora värdefull fysik.
Stockholms universitets deltagande i L1Calo
Stockholms universitet har varit en del av ATLAS L1-Calo-samarbetet från de tidiga design- och utvecklingsfaserna och har gjort viktiga bidrag till den övergripande systemarkitekturen. I det ursprungliga systemet utformade och producerade vi ett specialanpassat backplane och en infrastruktur för lådor som utgör ryggraden i både elektron/tau och jet/energisumma digitala algoritmprocessorsubsystem. Stockholm har också konstruerat den digitala algoritmen för att hitta jetstrålar och den fasta programvaran för att räkna och avläsa jetstrålar.
Stockholm hade också en samordnande roll i uppgraderingen 2014-2015 av L1Calo-systemet, som lade till förbättrad digital signalbehandling för de inkommande kalorimetersignalerna, samt topologibaserade utlösningsalgoritmfunktioner för att hjälpa L1Calo att hålla avläsningshastigheten på hanterbara nivåer när LHC:s kollisionshastigheter ökar, utan att offra värdefull fysik.
Elektronik för avläsning av front-end-kalorimeteren i Tile Calorimeter
ATLAS hadroniska Tile Calorimeter (TileCal) är en så kallad samplingskalorimeter, som är uppbyggd av interfolierande plattor av järn och scintillerande plast, med cirka 10 000 individuella avläsningskanaler. Den är utformad för att i första hand mäta energin och riktningen hos hadroner som produceras i proton-protonkollisioner. TileCal spelar en avgörande roll för både partikelidentifiering och mätningar av energi/momentum, samt för att mäta obalanser i en händelses transversala energi som kan indikera förekomsten av "osynliga" partiklar (neutriner, eller möjligen andra ännu hypotetiska partiklar)
Stockholms deltagande i TileCal
Stockholms universitet utformade och producerade det nuvarande front-end "digitaliserings"-systemet för TileCal, som utför analog/digital konvertering för alla 10 000 detektorkanaler, lagrar de digitala proverna i pipelinefördröjningar och läser ut data från utlösta händelser för vidare analys utanför detektorn.
Ett fullständigt utbyte av TileCal-elektroniken i front-end planeras för mitten av 2020-talet, vilket kommer att ge fullständig utläsning av alla TileCal-data utanför detektorn, vilket möjliggör förbättrade möjligheter att utlösa kalorimetern vid LHC med hög luminositet. Stockholm håller på att utforma höghastighetsstyrning och datautläsningskort för denna uppgradering (bilden ovan).
Projektmedlemmar
Projektansvariga
Samuel Silverstein
Universitetslektor
Medlemmar
Anders Hedqvist
Forskare
