Caractérisation du nouveau système de déclenchement numérique du calorimètre à argon liquide d'atlas et mesure de la luminosité

Performance of the atlas liquid argon calorimeter digital trigger system and luminosity measurement

• Auteur / Autrice : Ruben Pozzi
• Direction : Philippe Schwemling
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Inscription en doctorat le 01/01/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CERN
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)

Mots clés

Mots clés libres

Luminosité (collisionneur proton-proton)

Calorimétrie électromagnétique

ATLAS experiment

Electromagnetic calorimetry

Collider luminosity (proton-proton)

ATLAS experiment

Résumé

La mesure précise de la luminosité est cruciale pour comparer les données expérimentales avec les prévisions théoriques auprès du collisionneur LHC. Les expériences LHC disposent de systèmes de mesure de luminosité spécialisés, limités en stabilité à long terme et en linéarité. Au cours du Run 3, qui a débuté en 2022, le LHC produira des collisions proton-proton avec une luminosité dépassant systématiquement la luminosité nominale du LHC (10^34 cm^-2s^-1) d'un facteur deux. Pour exploiter pleinement cette amélioration, le calorimètre à Argon Liquide (LAr), qui présente une excellente linéarité et stabilité, a été équipé avec un nouveau système de déclenchement numérique (Digital Trigger, DT). La mémoire à long terme du système DT permet une compensation en temps réel de l'accumulation d'espace de charge, cruciale pour les données HL-LHC qui seront prises après 2028. Il est prévu lors de la phase HL-LHC d'implémenter ce mécanisme de compensation directement dans les algorithmes du FPGA en charge de traiter les données. Le jeu de données Run 3 DT que nous collectons actuellement est donc idéal pour commencer à développer et à comparer des algorithmes. Des études préliminaires indiquent une précision potentielle de 1 % à l'aide d'algorithmes standards, avec la possibilité intéressante d'incorporer des réseaux neuronaux. Le candidat travaillera au développement d'algorithmes de mesure de la luminosité, à la compréhension des performances du calorimètre LAr et à la garantie de données propres et bien comprises à cet effet, apportant ainsi une contribution significative à la qualité des données ATLAS.

Precise luminosity measurement is crucial in comparing experimental data with theoretical predictions at the Large Hadron Collider (LHC). LHC experiments have specialized luminosity measurement systems, but they face stability and linearity challenges. In Run 3, which started in 2022, the LHC is delivering proton-proton collisions with levelled luminosity consistently exceeding the design by a factor of two. To fully exploit this improvement, the Liquid Argon (LAr) calorimeter, which has excellent linearity and stability, has been upgraded with a new Digital Trigger (DT) system. The DT system's long-term memory enables real-time compensation for charge space accumulation, crucial for HL-LHC data after 2028. It is planned to implement this compensation mechanism directly in the LAr Signal Processor FPGA, the main off-detector electronics component of the LAr upgrade for HL-LHC. The Run 3 DT dataset we are currently collecting is therefore ideal to start developing and benchmarking algorithms. Preliminary studies show the potential for 1% precision using standard algorithms, with the exciting possibility of incorporating neural networks. The candidate will work on developing luminosity measurement algorithms, understanding LAr calorimeter performance, and ensuring clean data for this purpose, additionally making a significant contribution to ATLAS data efficiency.