Pr´ esentation du syst` eme de d´ eclenchement

Le LHC a ´et´e con¸cu pour collisionner deux faisceaux de 2 808 paquets de protons toutes les 25 ns, ce qui ´equivaut `a une fr´equence de collisions de 40 MHz. `A la luminosit´e nominale de 1034cm−2s−1, le taux de collision est de 109´ev´enements par seconde. Le volume de donn´ees brutes enregistr´ees par ATLAS pour chaque ´ev´enement est estim´e aux alentours du m´egaoctet, il faudrait donc s’attendre `a un flux de donn´ees de l’ordre du p´etaoctet par seconde ce qui d´epasserait de loin les capacit´es de stockage mobilisables. La majorit´e des collisions produit des ´ev´enements de biais minimum, c’est `a dire des chocs in´elastiques sans grand int´erˆet.

La strat´egie `a adopter est donc d’´evaluer le potentiel physique de chaque ´ev´enement au moment

mˆeme o`u il est lu par les milliers de cellules du d´etecteur pour d´ecider de l’enregistrer pour l’analyser

ou bien de le rejeter. Pour cela, le d´etecteur ATLAS dispose d’un syst`eme de d´eclenchement `a trois niveaux permettant de passer de 109 collisions par seconde `a un taux d’enregistrement effectif de l’ordre de 100 Hz (ce taux est progressivement mont´e 300 Hz)) en appliquant diff´erents crit`eres de s´election (pr´esence d’objets de certains types, ´energie sup´erieure `a un seuil). Cette prise de d´ecision peut prendre jusqu’`a une seconde dans le cas d’un ´ev´enement prometteur (identification de jets ou de leptons par exemple), il est donc impossible de la r´ealiser au niveau du mat´eriel d’acquisition du d´etecteur.

Un premier niveau de d´eclenchement (Level 1, L1) dot´e d’une ´electronique d´edi´ee op`ere un tri ultra rapide (2,5 µs de latence maximale) en estimant localement la pr´esence probable d’ob- jets physiques int´eressants (jets, ´electrons, photons, muons etc). Les ´ev´enements prometteurs qui passent le niveau L1 (`a peu pr`es 0,2 % du total) sont ensuite envoy´es vers le deuxi`eme niveau de d´eclenchement (Level 2, L2) effectu´e `a proximit´e de la caverne exp´erimentale (USA15). Le dernier niveau est un filtrage d’´ev´enements (Event Filter) r´ealis´e dans une ferme de calcul en surface. Les niveaux 2 et 3 disposent de plus de temps que le niveau 1 pour affiner la s´election. Ils utilisent un jeu de donn´ees plus complet et des algorithmes de plus en plus pr´ecis pour se rapprocher de la reconstruction hors-ligne utilis´ee par les analyses de physique. Le deuxi`eme niveau ne conserve que 1,4 % des ´ev´enements pr´es´electionn´es par le niveau L1. Le taux de filtrage du dernier niveau est autour de 10 %. Ainsi, l’efficacit´e de d´eclenchement de la chaˆıne totale s’´el`eve `a 2.8 10−6. Le flux de donn´ees enregistr´ees grˆace `a ce syst`eme de d´eclenchement `a trois niveaux est estim´e `a environ une centaine de Mo par seconde. La structure du syst`eme de d´eclenchement est pr´esent´ee en Figure 3.1.

Figure 3.1 – Syst`eme de d´eclenchement `a trois niveaux d’ATLAS.

Niveau 1 (L1)

Ce premier niveau [2] doit prendre la d´ecision de sauvegarder toutes les informations de d´etection li´ees `a l’´ev´enement, en envoyant les informations directement `a un processeur central de d´eclenchement en moins de 2.5 µs. Une telle latence ne permet pas de reconstruire les traces, le L1 utilise donc uniquement les informations du calorim`etre et des chambres `a muons. Le sous-syst`eme de d´eclenchement L1 des muons (L1Muon) se focalise sur une couche sp´ecifique des chambres (RPC

et TGC) dans les bouchons et le tonneau. Lors de la d´etection d’activit´e dans ces chambres, des projections sont extrapol´ees sur les couches voisines pour essayer de rep´erer des hits dans les chambres `a muons caract´eistiques du passage d’un muon. La partie calorim´etrique du syst`eme de d´eclenchement L1 (L1Calo) utilise une granularit´e r´eduite (de l’ordre de ∆η × ∆φ = 0.1 × 0.1) pour estimer rapidement l’int´erˆet de l’´ev´enement par la pr´esence d’amas compatibles avec un lepton, un jet ou un photon ou bien par une grande ´energie transverse totale ou une grande ´energie transverse manquante. Les donn´ees de tous les sous-d´etecteurs d’un ´ev´enement d´eclench´e sont stock´ees dans des m´emoires analogiques dites ”pipeline” dans l’attente du traitement par les niveaux suivants du syst`eme de d´eclenchement. La fr´equence des ´ev´enements en sortie de ce filtrage est alors de 75 kHz.

Niveau 2 (L2)

Si le niveau 1 a d´etect´e des objets physiques prometteurs (d´epˆots calorim´etriques, muons), l’int´egralit´e des donn´ees de l’´ev´enement est num´eris´ee et des zones d’int´erˆet (Region Of Interest, ROI) sont d´efinies autour de ces objets puis transmises au niveau 2. L’´etape du L2 est effectu´ee dans la ferme de calcul de la salle USA15 situ´ee `a cˆot´e de la caverne exp´erimentale et dure quelques dizaines de millisecondes pour une fr´equence `a la sortie de l’ordre du kHz. Cela permet d’appliquer des algorithmes pr´eliminaires (mais proches de la reconstruction hors-ligne) `a ces ROI en utilisant les traces des particules du d´etecteur interne. Par exemple, il est possible d’´etiqueter les jets de b ou bien de s´eparer photons et ´electrons. Apr`es application des coupures de seuil pour rejeter les ´ev´enements de biais minimum, toutes les donn´ees des ´ev´enements concern´es sont sauvegard´ees pour reconstruire l’´ev´enement entier et passer au niveau suivant.

Filtre d’´ev´enements (Event Filter, EF)

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A ce niveau du d´eclenchement, l’´ev´enement est r´eput´e ˆetre suffisamment prometteur pour appli- quer les algorithmes de reconstruction standards `a l’int´egralit´e des sous-d´etecteurs en commen¸cant par les ROI, tout en incluant, entre autres, les mesures pr´ecises d’alignement et d’´etalonnage du champ magn´etique. Cette ´etape prend quelques secondes par ´ev´enement pour un taux final de 100- 300 Hz. Selon les crit`eres finaux de d´eclenchement pass´es par l’´ev´enement, le syst`eme d’acquisition d’ATLAS l’envoie vers diff´erents flux caract´eristiques de certains objets physiques communs `a une multitude d’analyses : les plus communs sont le flux Egamma (pr´esence d’´electrons ou de photons), le flux Muons (pr´esence de muons) et JetTauEtmiss (pr´esence de jets, de taus ou d’´energie trans- verse manquante). Un mˆeme ´ev´enement peut donc ˆetre pr´esent dans plusieurs flux.