Mise en oeuvre et performance du système de lecture et de déclenchement du calorimètre à argon liquide de l'expérience Atlas

Commissioning and performance of the trigger and readout system of the liquid argon calorimeter of the ATLAS experiment

• Auteur / Autrice : Etienne Fortin
• Direction : Emmanuel Monnier, Georges Aad
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation
• Date : Soutenance le 29/06/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de physique des particules de Marseille (CPPM)
• Jury : Président / Présidente : Cristinel Diaconu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Schwemling, Luis Hervas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Lefebvre, Caroline Collard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Argon liquide

Calorimètres électromagnétiques

Grand collisionneur de hadrons

Mots clés libres

Lhc

Atlas

Calorimètre à Argon Liquide

Déclenchement et acquisition de données

Système de contrôle de détecteur

Réseau de neurones récurrents

FPGAs

Lhc

Atlas

Liquid Argon Calorimeter

Trigger and data acquisition

Detector control system

Recurrent neural networks

FPGAs.

Résumé

Les recherches en physique des hautes énergies cherchent à identifier les constituants fondamentaux de la matière et à découvrir les lois qui régissent leurs interactions. Pour mener des expériences à haute énergie, on utilise des accélérateurs de particules et des collisionneurs. Le collisionneur le plus puissant est le LHC installé au CERN. L’une de ses expériences est ATLAS, un détecteur de particules à usage général. Le LHC va connaître deux phases de mise à niveau afin d’augmenter sa luminosité. La première phase est en cours de finalisation, la deuxième phase débutera en 2026 et aboutira au LHC à haute luminosité (HL-LHC).Chaque mise à niveau du LHC implique une mise à niveau d'ATLAS. Cela permet de s’assurer que les performances ne sont pas dégradées par la luminosité du HL-LHC. Au cours de la première phase, un nouveau chemin de données a été ajouté au système de déclenchement du calorimètre à argon liquide(LAr). Ce système numérique, décrit dans cette thèse, remplace l’ancien système analogique. Les nouvelles cartes sont configurées et contrôlées par un nouveau système basé sur des serveurs OPC-UA. Sa mise en service a été achevés avec succès en mars 2022. La description du système complet, sa mise en œuvre et ses performances sont présentées et discutées. La deuxième phase de mise à niveau du calorimètre LAr aura lieu à partir de 2026. Au cours de cette phase, la chaîne électronique complète sera remplacée apportant ainsi de nouvelles capacités de calcul et de traitements des signaux. L'utilisation de réseaux de neurones artificiels embarqué sur ces cartes électroniques pour reconstruire en énergie les signaux du détecteur est décrite et étudiée.

Research in High Energy Physics seek to identify the fundamental constituents of matter and uncover the laws that govern their interactions. To conduct experiments, particle accelerators and colliders are being used. The actual most powerful one is the LHC, installed at CERN. ATLAS experiment, hosted on this collider, consists of a general purpose particle detector. The LHC will undergo two upgrade phases to increase its luminosity. The first upgrade phase is being finalized at the moment. The second phase will start in 2026 and will lead to the High Luminosity LHC (HL-LHC).An upgrade of the ATLAS detector is needed at each of the LHC upgrade phases. This insures that the data acquisition and the physics performance are not degraded by the higher LHC luminosity. During the first upgrade phase a new trigger data path is added for the liquid argon (LAr) calorimeter. This digital system, described in this thesis, will replace the old analog electronic system. The new on-detector boards are configured and monitored using a new system based on OPC-UA servers. The commissioning of this system was successfully completed in March 2022. The description of the complete system, its implementation and performances are presented and discussed.The second upgrade phase of the LAr calorimeter will take place in the next long shutdown of the LHC starting in 2026. During this second phase, the complete electronic chain of this calorimeter will be replaced, thus bringing new computing and signal processing capabilities. The use of artificial neural networks to reconstruct into energies the detector signals into these boards is presented and discussed.