Le declenchement et l'acquisition

2.6 Le declenchement et l'acquisition

Dans le faisceau

K

L, les desintegrations en deux pions s'accompagnent de desintegrations en trois corps (3



0,



+



;



0,

e

,



) typiquement 300 fois plus frequentes. Le systeme de declenchement doit donc ^etre particulierement

selectif

pour que l'acquisition puisse fonctionner a l'intensite necessaire pour collecter une statistique susante. Il doit egalement ^etre

ecace

et avoir un temps mort aussi faible que possible, de maniere a ne pas biaiser le rapport

K

S/

K

Ldans un mode donne.

2.6.1 Horloge et memoire

Nous utilisons deux systemes principaux de declenchement, pour les modes neutres et pour les modes charges.Ils font appel a l'information de plusieurs detecteurs et une bonne synchronisation de l'ensemble est indispensable. Le temps que prennent ces systemes pour rendre leur verdict est xe pour le cas neutre et variable pour le cas charge, limite a 130



s. Une decision d'acquisition donnee est donc prise en un temps variable.

Tous les detecteurs doivent donc garder en memoire l'information qu'ils ont recue. Dans NA48, la remanence de ces memoires est de 204,8



s. Ce sont des memoires a acces aleatoire (RAM), d'adressage circulaire : l'information la plus ancienne | elle est vieille de 204,8



s | est remplacee par l'information actuelle.

Pour que les dierents systemes puissent communiquer, ils utilisent une reference temporelle commune [46]. Un signal periodique de 40 MHz, cree par un generateur d'impulsion est distribue a tous les detecteurs, ainsi qu'aux systemes de declenchement et d'acquisition.

Ainsi, un evenement peut ^etre repere de tous les systemes, par le nombre de pulsations d'hor-loge ecoulees depuis le debut du deversement. L'unite de cet etiquetage vaut donc 25 ns. Certains detecteurs ont besoin d'un echantillonnage plus n pour atteindre des resolutions temporelles meilleures. Ils sont obtenus par dephasage et recombinaison du signal de l'horloge, comme les sont par exemple les unites de 25/16 ns deja evoquees pour les chambres a derive.

Un systeme de declenchement envoie l'etiquette temporelle des evenements selectionnes au systeme d'acquisition qui requiert l'information de tous les detecteurs autour de cette etiquette, pour la sauvegarder sur bandes magnetiques.

2.6.2 Declenchement sur les desintegrations en

0 0

Le systeme de declenchement neutre [47] utilise l'information du calorimetre a krypton liquide pour calculer certaines quantites physiques et appliquer des criteres discriminants en ligne.

Son fonctionnement peut ^etre divise en quatre etapes :

 Les 13 248 cellules du calorimetre sont sommees en sur-cellules de 28 et 8 2 cellules, verticalement et horizontalement. Leurs signaux sont numerises par des convertisseurs analogique/numerique rapides (FADC) cadences a 40 MHz. Cette etape est assuree par des circuits des CPD du calorimetre.

 Les sur-cellules sont ensuite sommees en 64 lignes et 64 colonnes du calorimetre, d'une largeur de deux cellules. On obtient ainsi les projections horizontale et verticale de l'energie deposee dans le calorimetre, echantillonnee toutes les 25 ns.

 A partir de ces sommes, un circuit calcule le nombre de pics, l'energie totale, ainsi que les premier et second moments d'energie (

M

x1=P

x

i

E

i et

M

x2 =P

x

2i

E

i) dans les projection

x

et

y

.

Gerbes reconstruites

Coups dans les fibres scintillantes

Pics d’énergie -> déclenchement

Fig.2.19 { Exemple d'evenement



0



0 vu par le calorimetre (gerbes), le systeme de declenche-ment neutre (pics d'energie en projection) et l'hodoscope neutre (bres scintillantes).

 La derniere etape est constituee de tables de conversion qui calculent les quantites phy-siques :

; l'energie

E

: moyenne des energies par projection.

; le barycentre :q

(

M

x1)2+ (

M

₁^y)2

=E

; le vertex longitudinal :q

E

(

M

x2+

M

₂^y);(

M

x1)2;(

M

₁^y)2

=m

K

Une decision de declenchement est prise toutes les 25 ns, a partir des quantites ci-dessus. Le temps total necessaire a la decision est xe et vaut 3



s. Les criteres appliques en 1997 sont resumes dans le tableau 2.2.

Quantite coupure Energie

>

50 GeV Barycentre

<

15 cm Temps de vie

<

5,5



S Nombre de pics

<

6 (par projection)

Tab.2.2 { Selection appliquee par le declenchement en mode neutre en 1997.

L'energie doit ^etre susante pour entrer dans notre zone d'inter^et. Si tous les photons d'eve-nements 2



0ou 3



0sont entres dans l'acceptance du detecteur, leur barycentre energetique doit ^etre proche de l'axe du faisceau. Le nombre de pics par projections d'un evenement 3



0peut depasser le maximum de quatre pour un evenement 2



0, et on peut ainsi le discriminer. Enn, la position longitudinale du vertex | ce qui revient a sa duree de vie puisque son energie est connue | doit ^etre dans notre region d'inter^et. Ce critere est discriminant pour les evenements 3



0 qui possedent moins de 6 gerbes reconstruites puisqu'il manque alors de l'energie et la position reconstruite du vertex est plus proche que sa veritable position.

2.6.3. Declenchement sur les desintegrations en



+



;

Contr^ole d'ecacite :

pour mesurer l'ecacite du systeme de declenchement neutre, nous declenchons sur une fraction des evenements vus par l'hodoscope neutre, independamment du calorimetre. L'ecacite mesuree sur cet echantillon de contr^ole est 99,88  0,04 %. La gure 2.19 represente un evenement



0



0 vu par les dierents systemes.

2.6.3 Declenchement sur les desintegrations en

+ 

;

Ce declenchement se fait en plusieurs niveaux, traites par des systemeselectroniques distincts. Les ecacites de ces systemes sont etudiees dans le chapitre 4.

Niveau 1

Un premier niveau de declenchement permet d'eectuer une preselection rapide d'evenements possedant les caracteristiques grossieres d'un



+



;. Le signal de niveau 1 est engendre comme suit :

Q

X

:

ce signal provient de l'hodoscope charge et a ete decrit dans le paragraphe 2.3.2. Il s'agit d'une concidence de signaux dans des quadrants diametralement opposes, propre aux desintegrations a deux corps.

La preselection :

on applique au signal

Q

X une preselection8 pour reduire le taux d'entree au niveau 2. Un module electronique supprime une impulsion sur deux du signal

Q

X, qui devient ce que l'on denote par

Q

X/2. Cette operation divise bien s^ur par deux le nombre d'evenements charges acquis par NA48, mais la puissance statistique reste limitee par les modes neutres, comme nous pouvons le deduire du tableau 2.1.

E

tot

:

le signal

E

tot est elabore par le systeme de declenchement neutre, a partir des energies mesurees dans les calorimetres electromagnetique et hadronique. Les energies sont ponderees et sommees pour rendre compte du fait qu'un pion charge depose moins d'energie (( electro-magnetique)) que d'energie ((hadronique)) :

E

tot = 1

;

7

:E

elec+

E

hadr. Si le signal depasse un seuil equivalent a 30 GeV, une condition de declenchement est formee. Elle est ecace pour des evenements



+



;, mais pas pour les



, pour lesquelles il manque l'energie du neutrino et du muon.

La concidence

Q2X 

E

tot

:

la concidence entre les signaux

Q

X/2 et

E

tot est eectuee par le

superviseur de niveau 1

(L1TS) qui envoie cette decision au systeme de declenchement charge de niveau 2.

Niveau 2 [48]

Le systeme de niveau 2 est active par le superviseur de niveau 1. A chaque signal ^Q2X 

E

tot, une etiquette temporelle (en unite de 25 ns) est envoyee au systeme de lecture du spectrometre pour signaler un evenement selectionne par la logique de niveau 1. Les donnees des chambres a derive sont extraites des memoires dans une fen^etre temporelle autour cette etiquette, puis analysees en ligne selon les etapes suivantes, dont on peut trouver une description detaillee dans la these de Stephane Schanne [49] :

8Cette preselection n'est plus appliquee depuis 1998, les processeurs du systeme de niveau 2 ayant ete remplaces par des processeurs plus rapides pouvant accepter l'integralite du taux de niveau 1.

Associations A&B :

dans chaque vue (X, Y, U et V) des chambres 1, 2 et 4, le passage d'une particule se traduit, hors inecacite, par un coup sur chaque plan (A et B) comme nous l'avons vu sur la gure 2.6. Le temps de derive vers chacun des ls est donne par la distance entre la trace et le l. Il existe donc une relation entre les deux temps de derive; grossierement, leur somme est constante et correspond a 5 mm de derive.

La premiere etape de la reconstruction en ligne consiste a associer les coups vus sur des ls voisins pour verier cette relation. Le temps de reference utilise est un temps n, fourni en unite de 25/4 de ns par l'hodoscope. Cette procedure est eectuee par des cartes electroniques en adressant des tables de conversion. Si la relation est satisfaite, la coordonnee (X, Y, U ou V) est conservee et transmise a l'etape suivante.

Assemblage et distribution des evenements :

un processeur central rassemble l'informa-tion des 12 cartes d'associal'informa-tion A&B. Il distribue ensuite l'evenement complet a un processeur d'evenement. Le systeme dispose d'une ferme de tels processeurs pouvant calculer en paral-lele plusieurs evenements. Chaque processeur9 eectue les t^aches suivantes, evenement apres evenement.

Elaboration des coordonnees :

a partir des quatre vues d'une chambre, les processeurs associent les coordonnees X, Y, U et V. Deux coordonnees (par exemple X et Y) susent a donner un point, mais avec deux particules il y a en fait quatre facons de combiner les deux coordonnees en X et les deux coordonnees en Y. L'utilisation des autres vues (U et V) leve cette ambigute. Trois coordonnees sont exigees pour former un point, qui est alors transmis a l'etape suivante.

Reconstruction des evenements :

les processeurs d'evenement eectuent les calculs cine-matiques suivants :

 Les segments composes d'un point dans les chambres 1 et 2 sont combinees pour recons-truire un vertex. Une

distance minimale d'approche

est calculee et testee.

 Si elle est susamment petite, une coupure en

position longitudinale

du vertex est egalement appliquee, plus large que notre zone ducielle nale.

 L'

angle d'ouverture

des deux traces est ensuite calcule. Pour une desintegration en deux corps, cet angle est fortement correle a l'

impulsion

de la particule mere. L'evenement est rejete si son angle d'ouverture est trop grand, c'est-a-dire si son energie est trop faible.

 Les traces retenues sont associees aux points de la chambre 4, ce qui permet d'estimer leur impulsion. A partir des tri-vecteurs obtenus, la

masse invariante 

+



; est calculee et comparee a la masse du kaon. Si la masse obtenue est trop faible, l'evenement est rejete.

 Enn, le

temps propre de vol

de la particule mere depuis le debut de la zone de desintegration est calcule.

L'ensemble de ces coupures selectionne ecacement des evenements



+



; et rejette une grande partie des evenements de bruits de fond

e

et



. Le taux de declenchement est reduit d'un facteur 60 et les evenements repondant aux criteres10 du tableau 2.3 sont enregistres.

9En 1997 les processeurs d'evenement etaient eux-m^emes des fermes de quatre processeurs a 40 MHz et l'algorithme etait parallele. En 1998 (puis 1999), ils ont ete remplaces par des monoprocesseurs a 200 (puis 300) MHz. Le nombre de processeurs utilise est de huit.

10Les coupures en vertex et en temps de vie ont ete elargies a la n de la prise de donnees 1997, a 48 m et 4,5S.

2.6.3. Declenchement sur les desintegrations en



+



;

Quantite coupure

Distance d'approche

<

5 cm

Vertex longitudinal [ 1; 42,6 ] m Angle d'ouverture

<

15 mrad

('50 GeV/c) Masse invariante

>

0,95

m

K

Temps de vie

<

4



S

Tab.2.3 { Coupures appliquees par le systeme de declenchement charge de niveau 2 en 1997.

Contr^ole d'ecacite :

pour verier l'ecacite du systeme de niveau 2, une fraction des evenements de niveau 1 (^Q2X 

E

tot) est egalement enregistree.

La gure 2.20 resume les connexions entre les dierents systemes de declenchement et les detecteurs. Qx 2 µs µs mémoire de 200 Détecteurs L1TS L2TS Calo Elec Calo Hadr Hodo Etot Muon AKL ... ^charg ordre d’acquisition Etot Qx L1N L2C 60 kHz 1 kHz 2,5 kHz 7 kHz 170 kHz 400 kHz µs < 130 = 3,2 spectro

Fig.2.20 { Schema de principe du declenchement pour les modes



0



0(gauche) et



+



;(droite). Les autres signaux de declenchement ne sont pas detailles (pointilles).

2.6.4 L'acquisition

La decision nale d'acquisition est prise par le superviseur de niveau 2 [50] a partir des dierents elements du declenchement. En plus de ceux destines a la collecte des evenements



0



0 et



+



; pour la mesure de

Re

(

"

0

="

), d'autre signaux de declenchement sont utilises.

Certains sont dedies aux etudes systematiques pour

Re

(

"

0

="

), comme le contr^ole des eca-cites de declenchement deja evoque, ou la collecte d'evenements ((aleatoires)) pour l'etude de l'activite accidentelle dans les detecteurs.

D'autres signaux de declenchement sont destines a l'etude des modes de desintegrations rares des kaons. Les plans de veto a muons peuvent par exemple ^etre utilises pour elaborer un systeme de declenchement pour



+



;

.

Au total, ce sont environ 13 000 evenements par deversement de 2,4 secondes qui sont enregistres. Un systeme (le data merger) rassemble les donnees de tous les detecteurs, autour des etiquettes temporelles que lui fournit le superviseur de niveau 2. Les donnees lui sont transmises par chaque detecteur a travers des bres optiques de 200 metres de long.

Les evenements transitent par quatre stations de travail11equipees de processeurs a 275 MHz et de disques durs de 10 gigaoctets, avant d'^etre envoyes au centre de calcul du CERN ou elles sont stockees sur bandes, mais egalement traitees et ltrees immediatement, pour une analyse rapide des donnees.

Dans le document Mesure de la violation directe de CP auprès de l'expérience NA48 du CERN (Page 74-79)