Daten-Qualitätskontrolle am ATLAS Myon-Spektrometer (am Beispiel der MDT-Kammern) Philipp Fleischmann 09. Februar 2010

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1 Daten-Qualitätskontrolle am ATLAS Myon-Spektrometer (am Beispiel der MDT-Kammern) Philipp Fleischmann 09. Februar 2010

2 Überblick Der Large-Hadron-Collider Das ATLAS Experiment Die Monitored-Drift-Tube-Kammern Daten-Qualitätskontrolle Was? Wie? 2

3 CERN und Umgebung Mont Blanc Genfer See Genf Flughafen Genf CERN Hauptgelände CMS ATLAS LHC Ring Jura 3

4 Mehr als nur LHC CERN-Brochure Eng 7 TeV c 450 GeV c 50 MeV 0.314c Protonen starten hier 1.4 GeV 0.916c 25 GeV c 4

5 Der Large-Hadron-Collider Umfang: 26.6 km Änderung durch Mond: 1 mm Tiefe u. der Erde: m Anzahl an Magneten: Dipol-Temperatur: Dipol-Magnetfeld: K 8.33 T Strahlenergie (design): 7 TeV Bunches pro Strahl: 2808 Abstand der Bunches: ms Protonen pro Bunch: Umläufe pro Sekunde: Kollisionen p. Sekunde: 600 Mio. Kollisionen p. Kreuzung: 20 Strahllebensdauer: 10 h Strahlradius (in ATLAS): 16 µm Vakuum im Strahlrohr: atm Baukosten: 3 Mrd Euro Energieverbrauch (Jahr):800 GWh CERN-Brochure Eng 5

6 Die LHC-Experimente TOTEM CMS Kollaboration: 50 Größe: 440m 5m 5m Gewicht: 20 t Physik: Größe des Protons,... Kollaboration: 2000 Größe: 21m 15m 15m Gewicht: t Physik: Higgs, neue Physik,... Kollaboration: 650 Größe: 21m 10m 13m Gewicht: 5600 t Physik: CP Verletzung ALICE LHC Kollaboration: 1000 Größe: 26m 16m 16m Gewicht: t Physik: Quark-Gluon-Plasma ATLAS Kollaboration: 2900 Größe: 44m 25m 25m Gewicht: 7000 t Physik: Higgs, neue Physik,... LHCb LHCf Kollaboration: 22 Größe: 2 (30cm 80cm 10cm) Gewicht: 2 (40kg) Physik: kosmische Teilchen im Labor 6

7 Die ATLAS Kollaboration etwa 2900 Wissenschaftler 172 Institute aus 37 Ländern 7

8 Ein bisschen Geschichte 1989: Erste Planungen 1992: Erster Entwurf 1996: ATLAS genehmigt 1997: ATLAS Baubeginn 2003: Beginn der Installation 2008: Ende der (Haupt-)Installation Sept. 2008: Erste Strahlen in ATLAS 20. Nov. 2009: Single Beam Splash 23. Nov. 2009: Erste Kollisionen bei 900 GeV 6. Dez. 2009: Erste Kollisionen mit stabilen Strahlen 8. Dez. 2009: Erste Kollisionen bei 2.36 TeV 16. Dez. 2009: Winterpause... Ab 15. Feb. 2010: Kollisionen bei bis zu 7 TeV 8

9 Der ATLAS Detektor Durchmesser: Länge: Tiefe u. der Erde: Gewicht: Auslesekanäle: Kabellänge: 25 m 44 m 92 m 7000 t 100 Mio 3000 km Toroid Magnetfeld: 4 T Solenoid Magnetf.: 2 T Kanale / OK in % Pixel Detektor: 80 Mio / 98.0 SCT: 6.3 Mio / 99.3 TRT: 350 k / 98.2 LAr EM Calo: LAr Had Calo: Forward Calo: Tile Calo: 170 k / k / k / k / 99.5 MDT: CSC: RPC: TGC: 350 k / k / k / k / 99.8 X. Wu, HCP2009, Evian, 17/11/2009 9

10 Teilchen in ATLAS 10

11 Erste Daten mit einem Strahl Strahl trifft etwa 140m vor dem Detektor absichtlich gegen einen Kollimator 11

12 Erste Kollisionen bei 900 GeV 12

13 Erste 'stabile' Kollisionen 13

14 Erste Kollisionen bei 2.36 TeV 14

15 Viele spannende Analysen... π0 Signal...aber leider bisher nur etwa 100 Myon-Kandidaten 15

16 Daten-Qualitätskontrolle Detector-Monitoring (on-line) Data-Monitoring (on-line) Data-Monitoring (off-line) 16

17 Daten-Qualitätskontrolle Detector-Monitoring (on-line) Ist der Detektor an? Sehe ich Daten von allen Komponenten? Sind Probleme die ich sehe bekannt? Data-Monitoring (on-line) Machen die Daten Sinn? Sehe ich 'Physik' oder nur Untergrund? Data-Monitoring (off-line) Wie hoch ist die Effizienz? Wie genau kann ich messen? 17

18 Die MDT-Kammern Monitored-Drift-Tube-Kammern Mechanische Präzision Drahtposition auf 20 µm bekannt Parameter Spannung: Gas-Mischung: 3080 V Ar/CO2 = 93/ ppm H2O Gas-Druck: 3 bar Maximale Driftzeit: ~770 ns Sensoren auf den Kammern Optische Sensoren Temperatursensoren Magnetfeldsensoren 18

19 Auslese der MDT-Kammern 19

20 Detektor Monitoring Wichtige Aspekte Einige Information ist nur online (leicht) erhältlich Es muss schnell gehen Der online Shifter ist der erste (einzige) es zu sehen Zeit mit gemeinsamer Datennahme is kostbar Möglichst viel automatisch >1k Kammern mehrere tausend Histogramme Was kann man sehen? Detektorzustand (Spannungen, Ströme,...) Erreichbarkeit der Auslese-Hardware Anzahl der Hits pro Driftröhre 20

21 Data-Monitoring MDT-Kammern messen Information uber Zeit und Ladung des Signals Zeit Information Ansteigende Flanke hängt vom Trigger Signal ab Größe und Form der Verteilung hängt vom Gas und von der Hochspannung ab Interessante Größen: t0, tdrift Ladungs Information Wird verwendet um Untergrund und Rauschen zu erkennen Interessante Größen: Peak Position Peak Breite 21

22 Online-Monitoring bei ATLAS Zeit Datenrate 40 MHz 2.5 µs Muon 100 khz GNAM (Gnam-is-Not-A-Monitoring-application) ~10 ms 3 khz Greift Daten von den RODs (Read-out-driver) ab Dekodiert die Rohdaten Erzeugt kontinuierlich Histogramme Veröffentlicht die Histogramme für andere ~1 s 200 Hz DQMF (Data-Quality-Monitoring-Framework) Erhält die Histogramme von GNAM Beurteilt die Histogramme Veröffentlicht die Ergebnisse für andere Detektor spezifisches Monitoring DQMD (Data-Quality-Monitoring-Display) Jede Detektor kann zusätzlich spezifische Programme verwenden insbesondere fur das Detektor-Monitoring Erhält die Histogramme von GNAM Erhält die Ergebnisse von DQMD Stellt die Information graphisch dar 22

23 Das DQM-Display Generisch +Zentrale Entwicklung - Kennt keine Detektor Details Zeigt nur vorhandene Information (Histogramme und deren Beurteilung durch DQMF) Stellt keine Berechnungen an Gut geeignet für Data-Monitoring, nicht so gut für Detektor-Monitoring 23

24 gnamon MDT spezifisches Monitoring Kennt Layout der MDT Kammern Kann leicht Hardware-Probleme finden Verwendet GNAM Histogramme Sucht nach Unregelmäßigkeiten in Hitverteilung Läuft online wie offline Kann auch andere Dateiformate lesen Implementiert in Java (System unabhängig) 24

25 gnamon - Übersicht Alles auf einen Blick Jede Box zeigt Information fur eine MDT-Kammer Globale Hitverteilung leicht zu beurteilen Tote oder ineffiziente Kammern oder starkes Rauschen kann sofort gesehen werden Farbskala linear oder logarithmisch Gleiche Darstellung der Kammeranordnung wie im DCS (Detector-Control-System) Dargestellte Information wählbar 25

26 gnamon - Details Werte für alle Auslesekanäle der Kammer sichtbar Werte auch als normales Histogramm sichtbar Display kennt Kammer-Layout Jede Menge Statistik für jede MDT-Kammer sichtbar (Median, Mittelwert, Standardabweichung,...) Problematische Regionen werden hervorgehoben Zusätzliche Information zu den hervorgehobenen Bereichen verfügbar 26

27 gnamon - Details Werte für alle Auslesekanäle der Kammer sichtbar Werte auch als normales Histogramm sichtbar Display kennt Kammer-Layout Jede Menge Statistik für jede MDT-Kammer sichtbar (Median, Mittelwert, Standardabweichung,...) Problematische Regionen werden hervorgehoben Zusätzliche Information zu den hervorgehobenen Bereichen verfügbar 27

28 gnamon - Berichte Jeder Bericht entspricht einem gefundenen, problematischen Kluster Berichte können gefiltert, sortiert und exportiert werden Berichte haben unterschiedliche Dringlichkeit 28

29 gnamon - Zusammenfassung Die Zusammenfassung liefert eine Übersicht in Zahlen Wieviele Kluster wurder analysiert? Wieviele davon waren ok? 29

30 Zusammenfassung Arbeit bei ATLAS noch interessanter, seit der LHC läuft. Erste Ergebnisse machen Lust auf mehr, zeigen aber auch wie wichtig ein funktionierendes Monitoring der Daten und der einzelnen Detektorkomponenten ist. Online-Monitoring ist ein spannendes Themengebiet, da man häufig als erster die neuen Daten betrachtet. 30

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