{"id":193,"date":"2012-06-28T07:04:08","date_gmt":"2012-06-28T07:04:08","guid":{"rendered":"http:\/\/cms.fuw.edu.pl\/?page_id=193"},"modified":"2016-09-16T07:54:45","modified_gmt":"2016-09-16T07:54:45","slug":"wiecej-o-mionowym-systemie-wyzwalania-w-oparciu-o-komory-rpc","status":"publish","type":"page","link":"http:\/\/cms.fuw.edu.pl\/?page_id=193","title":{"rendered":"Wi\u0119cej o mionowym systemie wyzwalania w oparciu o komory RPC (PACT)"},"content":{"rendered":"

Zasada dzia\u0142ania mionowego trygera RPC<\/strong><\/p>\n

\"\"<\/a>

Przej\u015bcie mion\u00f3w przez detektor CMS. Widok w p\u0142aszczy\u017anie poprzecznej. Kszta\u0142t toru zale\u017cy od p\u0119du poprzecznego mionu w wierzcho\u0142ku zderzenia.<\/p><\/div>\n

Wyprodukowane w zderzeniach LHC miony poruszaj\u0105 si\u0119 w polu magnetycznym wytworzonym przez d\u0142ug\u0105 cylindryczn\u0105 cewk\u0119 (solenoid) detektora CMS. Pole, o indukcji prawie 4T, powoduje silne zagi\u0119cie tor\u00f3w cz\u0105stek na\u0142adowanych w obszarze wewn\u0119trznym detektora. W jarzmie magnesu (na zewn\u0105trz cewki ) tory mion\u00f3w odchylaj\u0105 si\u0119 przeciwnie. Poniewa\u017c krzywizna toru\u00a0zale\u017cy od p\u0119du poprzecznego na\u0142adowanej cz\u0105stki, wi\u0119c tory mion\u00f3w o r\u00f3\u017cnych p\u0119dach (poprzecznych) wygl\u0105daj\u0105 inaczej, umo\u017cliwiaj\u0105c pomiar p\u0119du. Procesy stochastyczne – rozpraszanie wielokrotne oraz losowo\u015b\u0107 strat energii – zaburzaj\u0105 tor mionu i, uniemo\u017cliwiaj\u0105c jednoznaczne przypisanie p\u0119du, utrudniaj\u0105 ten pomiar. Rejestrowane w systemie mionowym miejsca przej\u015b\u0107 przez obszary aktywne detektora tworz\u0105 uk\u0142ad czasoprzestrzenny trafie\u0144. Por\u00f3wnanie zarejestrowanego uk\u0142adu trafie\u0144 z przygotowanymi wcze\u015bniej wzorcami umo\u017cliwia przypisanie p\u0119du do zarejestrowanego toru.<\/p>\n

Komory RPC<\/strong><\/p>\n

\"\"<\/a>

Komora RPC: przekr\u00f3j przez komor\u0119 (g\u00f3ra), schematyczne przedstawienie g\u0142\u00f3wnych element\u00f3w komory (d\u00f3\u0142).<\/p><\/div>\n

Kszta\u0142t toru mionu rejestrowany jest m. in. przez umieszczone w jarzmie magnesu\u00a0 komory RPC (Resistive Plate Chambers). Komory te dedykowane s\u0105 do zbudowanego przez Grup\u0119 Warszawsk\u0105 systemu wyzwalania. Pojedyncza komora RPC sk\u0142ada si\u0119 z dw\u00f3ch r\u00f3wnoleg\u0142ych p\u0142aszczyzn bakelitu o grubo\u015bciach ok. 2mm i oporno\u015bci rz\u0119du 1011<\/sup> \u03a9*cm, i odleg\u0142ych od siebie o oko\u0142o 2mm . Pomi\u0119dzy nimi znajduje si\u0119 warstwa gazu (96.2% C2H2F4, 3.5% isoC4H10, 0.3% SF6) pod ci\u015bnieniem zbli\u017conym do atmosferycznego. Do cienkich warstw grafitu pokrywaj\u0105cych zewn\u0119trzne powierzchnie bakelitu doprowadzone jest wysokie napi\u0119cie (9-10kV), wytwarzaj\u0105ce w warstwie gazowej silne pole elektryczne. W celu zwi\u0119kszenia efektywno\u015bci detekcji mion\u00f3w dwie pojedyncze warstwy kom\u00f3r RPC stykaj\u0105 si\u0119 ze sob\u0105 (rysunek), za\u015b pomi\u0119dzy nimi znajduj\u0105 si\u0119 elektrody odczytowe w kszta\u0142cie d\u0142ugich pas\u00f3w z folii aluminiowej.<\/p>\n

Przechodz\u0105cy przez komor\u0119 mion jonizuje gaz. Produkty jonizacji poruszaj\u0105c si\u0119 w polu elektrycznym indukuj\u0105 na elektrodach odczytu sygna\u0142, kt\u00f3ry rejestrowany jest przez elektronik\u0119. Komory RPC charakteryzuj\u0105 si\u0119 s\u0142ab\u0105 rozdzielczo\u015bci\u0105 przestrzenn\u0105 (elektroda odczytu ma szeroko\u015b\u0107 0.5-4 cm i d\u0142ugo\u015b\u0107 do ok. 1 m), dobr\u0105 efektywno\u015bci\u0105 rejestracji sygna\u0142u (oko\u0142o 95%) i bardzo\u00a0 dobr\u0105 rozdzielczo\u015bci\u0105 czasow\u0105 (ok. 1ns). Parametry te umo\u017cliwiaj\u0105 zastosowanie tych kom\u00f3r w systemie trygera, gdzie konieczna jest dobra efektywno\u015b\u0107 i selekcja czasowa, natomiast rozdzielczo\u015b\u0107 przestrzenna ma mniejsze znaczenie.<\/p>\n

P\u0142yta transmisji LB (ang. Link Board)<\/strong><\/p>\n

\"\"<\/a>

P\u0142yta transmisji danych LB<\/p><\/div>\n

Sygna\u0142 przej\u015bcia mionu przez komor\u0119\u00a0 jest odbierany przez zaprojektowan\u0105 w Warszawie p\u0142yt\u0119 transmisji LB, stanowi\u0105c\u0105 wa\u017cny sk\u0142adnik systemu RPC. Zadaniem tego elementu elektronicznego jest zgromadzenie danych docieraj\u0105cych jako sygna\u0142 elektryczny, synchronizacja danych (stemplowane w\u0142a\u015bciwym taktem zegara LHC) oraz ich przes\u0142anie \u015bwiat\u0142owodem z obszaru detektora do odleg\u0142ych p\u0142yt trygera.<\/p>\n

P\u0142yta trygera TB (ang. Trigger Board)<\/strong><\/p>\n

\"\"<\/a>

P\u0142yta trygera TB z zaznaczonymi wej\u015bciami i wyj\u015bciami.<\/p><\/div>\n

Sercem trygera RPC jest p\u0142yta trygera TB. Tu odbierany jest sygna\u0142 z kom\u00f3r nadany przez p\u0142yty transmisji LB. Koincydencja przestrzenna zarejestrowanych sygna\u0142\u00f3w por\u00f3wnywana jest ze wzorcami p\u0119dowymi, przygotowanymi na etapie symulacji detektora. Sam algorytm trygera wykonywany jest w module PAC (ang. PAttern Comparator) zbudowanym w oparciu o uk\u0142ad ALTERA Stratix II. Uk\u0142ad ten pomie\u015bci\u0107 mo\u017ce kilkana\u015bcie tysi\u0119cy wzorc\u00f3w p\u0119dowych. Dodatkowym zadaniem jest przes\u0142anie nadchodz\u0105cych danych do systemu akwizycji danych eksperymentu. P\u0142yty trygera TB zosta\u0142y w ca\u0142o\u015bci zaprojektowane i zbudowane przez Grup\u0119 Warszawsk\u0105.<\/p>\n

System RPC<\/strong><\/p>\n

\"\"<\/a>

Ilustracja systemu trygera RPC. Sygna\u0142 z kom\u00f3r jest przesy\u0142any przez przez p\u0142yty transmisji LB do p\u0142yt trygera TB, gdzie wypracowywana jest decyzja trygera. St\u0105d przez uk\u0142ad p\u0142yt pomocniczych dane przesy\u0142ane s\u0105 do systemu akwizycji i g\u0142\u00f3wnego trygera mionowego. Zaznaczono schematyczny podzia\u0142 pomi\u0119dzy cz\u0119\u015bci\u0105 systemu umieszczon\u0105 w hali detektora oraz w hali z elektronik\u0105. Lewe zdj\u0119cie przedstawia uk\u0142ad 2 kaset z p\u0142ytami transmisji. Na prawym zdj\u0119ciu pokazano kasety z p\u0142ytami trygera TB i pomocniczymi.<\/p><\/div>\n

System trygera RPC, mie\u015bci si\u0119 w dw\u00f3ch podziemnych halach eksperymentu CMS. W hali g\u0142\u00f3wnej, detektorowej (ang. detector cavern) w galeriach otaczaj\u0105cych detektor umiejscowiony jest uk\u0142ad przesy\u0142ania danych z detektora RPC. Ponad 1000 p\u0142yt transmisji LB i blisko 200 pomocniczych p\u0142yt kontrolnych CB (ang. Control Board) przetwarza dane z oko\u0142o 100000 elektrod odczytu blisko 1000 kom\u00f3r RPC. Dane te po kompresji przesy\u0142ane s\u0105 90 metrowymi \u015bwiat\u0142owodami do hali z elektronik\u0105 (ang. counting room). Tu sygna\u0142 jest rozsy\u0142any do w\u0142a\u015bciwych p\u0142yt trygera TB, gdzie wypracowywana jest decyzja trygera RPC. Wynik, poprzez pomocniczy zesp\u00f3\u0142 p\u0142yt sortuj\u0105cych i filtruj\u0105cych (zaprojektowanych i w wi\u0119kszo\u015bci zbudowanych przez nas) wysy\u0142any jest do g\u0142\u00f3wnego trygera mionowego (ang. Global Muon Trigger).
\nAlgorytmy transmisji, kompresji i trygera s\u0105 zaimplementowane s\u0105 w uk\u0142adach FPGA wielokrotnego programowania, umo\u017cliwiaj\u0105c wprowadzanie poprawek a tak\u017ce optymalizacj\u0119 i rozw\u00f3j u\u017cywanych algorytm\u00f3w.<\/p>\n

Podstawowe wyniki dzia\u0142ania trygera RPC <\/strong><\/p>\n

\"\"<\/a>

Rozk\u0142ad czasowy danych z kom\u00f3r RPC.\u00a0 Unormowan\u0105 liczb\u0119 zlicze\u0144 (w skali logarytmicznej) przedstawiono jako funkcj\u0119 przypisanego im taktu zegara LHC. Dane w przedziale “0” s\u0105 poprawnie zsynchronizowane.<\/p><\/div>\n

Na rysunku przedstawiono poprawno\u015b\u0107 czasow\u0105 dzia\u0142ania systemu RPC. Dane z kom\u00f3r RPC s\u0105 przypisywane do okre\u015blonych 25-cio nanosekundowych takt\u00f3w zegara LHC. Mierzona jest r\u00f3\u017cnica pomi\u0119dzy czasem przyporz\u0105dkowanym danym przez system RPC i czasem zrekonstruowanym przez g\u0142\u00f3wny tryger CMS (wspomagany przez uk\u0142ady monitoruj\u0105ce wi\u0105zk\u0119).\u00a0 Szum kom\u00f3r i miony z promieniowania kosmicznego daj\u0105 wk\u0142ad do niewielkiego odst\u0119pstwa od synchronizacji idealnej.<\/p>\n

\"\"<\/a>

Kumulacja efekt\u00f3w wp\u0142ywaj\u0105cych na\u00a0 efektywno\u015b\u0107 trygera: akceptacja detektora RPC, znalezienie wymaganych\u00a0 danych,\u00a0 poprawne zadzia\u0142anie algorytm trygera RPC. Wynik podany jest w funkcji pseudopospieszno\u015bci b\u0119d\u0105cej miar\u0105 konta polarnego w detektorze.<\/p><\/div>\n

Na efektywno\u015b\u0107 trygera (stosunek liczby mion\u00f3w poprawnie przez tryger zrekonstruowanych do rzeczywistej liczby mion\u00f3w) wp\u0142ywa efektywno\u015b\u0107 kom\u00f3r RPC, akcptacja przestrzenna kom\u00f3r oraz efektywnos\u0107 algorytmu PAC. Szczycimy si\u0119 tym, \u017ce nasz algorytm jest niemal w pe\u0142ni efektywny co umo\u017cliwia rekonstrukcj\u0119 mion\u00f3w z og\u00f3ln\u0105 efektywno\u015bci\u0105 oko\u0142o 90%.<\/p>\n

\"\"<\/a>

Selektywno\u015b\u0107 trygera RPC: krzywe wyzwole\u0144 trygera dla r\u00f3\u017cnych ci\u0119\u0107 (prog\u00f3w) p\u0119dowych\u00a0 jako funkcja p\u0119du poprzecznego mionu. Przypadki badano tzw. metod\u0105 Znacz i Sprawd\u017a (ang. Tag and Probe). Badany jest sygna\u0142 od obiekt\u00f3w rozpadaj\u0105cych si\u0119 w kanale dwumionowym.\u00a0 Jeden z mion\u00f3w jest zidentyfikowany przez system mionowy (Tag)\u00a0 a drugi (Probe) jest identyfikowany przez detektor \u015bladowy i mas\u0119 niezmiennicz\u0105 uk\u0142adu, za\u015b jego rekonstrukcja przez tryger jest przedmiotem analizy.<\/p><\/div>\n

Selektywno\u015b\u0107 ci\u0119\u0107 umo\u017cliwia ograniczenie zbieranych danych przez wybranie po\u017c\u0105danej kinematyki, w szczeg\u00f3lno\u015bci du\u017cego p\u0119du poprzecznego mionu. Na rysunku pokazana jest efektywno\u015b\u0107 trygera dla r\u00f3\u017cnych ci\u0119\u0107 p\u0119dowych (prog\u00f3w). Zaobserwowa\u0107 mo\u017cna\u00a0 zmniejszaj\u0105c\u0105 si\u0119 selektywno\u015b\u0107 wraz ze wzrostem progu ci\u0119cia (malej\u0105ca stromo\u015b\u0107 krzywych). Jest to efekt s\u0142abej granularno\u015bci kom\u00f3r RPC. Obecnie pr\u00f3g p\u0119dowy eksperymentu CMS dla przypadk\u00f3w zawieraj\u0105cych pojedynczy mion wynosi 16 GeV\/c. Oczekiwany jest wzrost progu ci\u0119cia do 20-30 GeV\/c dla pe\u0142nej \u015bwietlno\u015bci LHC.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Zasada dzia\u0142ania mionowego trygera RPC Wyprodukowane w zderzeniach LHC miony poruszaj\u0105 si\u0119 w polu magnetycznym wytworzonym przez d\u0142ug\u0105 cylindryczn\u0105 cewk\u0119 (solenoid) detektora CMS. Pole, o indukcji prawie 4T, powoduje silne zagi\u0119cie tor\u00f3w cz\u0105stek na\u0142adowanych w obszarze wewn\u0119trznym detektora. W jarzmie … Continue reading →<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":410,"parent":147,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":[],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/cms.fuw.edu.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/193"}],"collection":[{"href":"http:\/\/cms.fuw.edu.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"http:\/\/cms.fuw.edu.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/cms.fuw.edu.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/cms.fuw.edu.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=193"}],"version-history":[{"count":86,"href":"http:\/\/cms.fuw.edu.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/193\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1203,"href":"http:\/\/cms.fuw.edu.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/193\/revisions\/1203"}],"up":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/cms.fuw.edu.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/147"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/cms.fuw.edu.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/410"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/cms.fuw.edu.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=193"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}