Framework for performance evaluation of the ATLAS Liquid Argon digitization system - Digital systems for High Energy Physics Trigger

• Grant number: 23/00251-5
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Technical Training Program - Technical Training
• Start date: February 01, 2023
• End date: November 30, 2023
• Field of knowledge: Physical Sciences and Mathematics - Physics - Elementary Particle Physics and Fields
• Principal Investigator: Marco Aurelio Lisboa Leite
• Grantee: Rodrigo Estevam de Paula
• Host Institution: Instituto de Física (IF). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brazil
• Associated research grant: 20/04867-2 - High Energy Physics and Instrumentation with the LHC-CERN, AP.ESP

Abstract

Este trabalho envolve o desenvolvimento de um sistema de controle e monitoramento da resposta ecalibração dos conversores analógico-digitais empregados no recém instalado sistema digital deseleção de eventos (trigger) do calorímetro eletromagnético de Argônio Líquido (LAr) do experimento ATLAS, no LHC-CERN. Em experimentos em colisores de altas energias, os sistemas de trigger são responsáveis pela rápidaseleção dos eventos a partir da informação agrupada em grandes regiões do detector, geralmente implementada diretamente em hardware dedicado para permitir alta velocidade e baixa latência. Como parte do programa de atualização do experimento ATLAS para o período de tomada de dados que se iniciou em 2022 (RUN-3), o LAr recebeu uma nova eletrônica de trigger (chamada de Liquid Argon Digital Trigger Board, ou LTDB), capaz de mapear em detalhes a energia depositada no calorímetro eletromagnético pelas partículas produzidas na colisão entre prótons no LHC. Com uma granularidade espacial dez vezes maior que a do sistema original, este novo sistema realiza adigitalização de 34048 células a cada 25 nanosegundos, correspondendo a centenas de TB/s dedados a serem processados. Conversores analógico-digitais (ADCs) de quatro canais e 12 bitsforam desenvolvidos especificamente pelo ATLAS para instrumentar o LTDB. Cada módulo LTDB contém 80 ADCs, e um total 128 LTDBs instrumentam todo o calorímetro eletromagnético do ATLAS. Cada um dos mais de 8 mil ADCs pode ser individualmente calibrado para cobrir as diferentes características de cada região do LAr. Para assegurar o acionamento do trigger nos limiaresprogramados, a linearidade da resposta dos ADCs, o ruído eletrônico e a distorção devido àsaturação devem ser cuidadosamente estudados e um procedimento de calibração e monitoramentoautomático implementado na cadeia de monitoramento do experimento ATLAS.