ATHENA* Entwicklung eines Softwaretriggers für die neue AMANDA Daten Akquisition(Daq) *Advanced TWR DAQ for High Energy Neutrino Search with AMANDA

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Hetty Grosser
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1 ATHENA* Entwicklung eines Softwaretriggers für die neue AMANDA Daten Akquisition(Daq) *Advanced TWR DAQ for High Energy Neutrino Search with AMANDA

2 Inhalt Neutrinophysik Der AMANDA Detektor Die TWR Daq Pulsdetektion in den TWRs Der Softwaretrigger Algorithmus Ausblick & Zusammenfassung

3 Warum Physik mit Neutrinos? Protonen und andere geladene Teilchen werden durch Magnetfelder abgelenkt (Protonen: GZK Cutoff bei 6*10^19 ev) Photonen werden von Materie gestreut oder absorbiert. (außerdem γγ Wechselwirkung mit Hintergrundstrahlung Cutoff für E>100 TeV bei 100 kpc) Neutrinos werden weder von Magnetfeldern abgelenkt noch von Materie absorbiert. Nachteil: Der Nachweis ist schwierig. Es ist ein sehr großes Detektorvolumen notwendig.

4 Detektionsmechanismus ν + x > l + y Leptonen erzeugen Cherenkov Licht im Eis Das Licht wird in den Photomultipliern registriert Messung der Zahl der Photonen und ihre Ankunftszeiten Analyse via Rekonstruktion des Cherenkov Kegels > Richtungs und Energie Rekonstruktion

5 Der AMANDA Detektor 680 Photomultiplier 19 Ketten Zwischen m tief Detektion von Cherenkov Licht Eis als Detektionsmedium Geringe Absorption sehr reines Medium

6 Der AMANDA Detektor Südpol AMANDA II

7 Bisherige Daten Akquisition an der Eisoberfläche LE Bisherige DAQ: TOT Messen des Maximums der Signalpulse durch einen padc Aufnahme der einzelnen Pulsflanken durch einen TDC Schwelle ADC (peak sensing Analog to Digital Converter) (Time to Digital Converter) Hardware Trigger sucht bestimmte Multiplizität an Treffern im Detektor in einem festen Zeitfenster von x µs

8 Begrenzende Faktoren der alten DAQ Limitierung: TDC kann nur 8 Pulse speichern und besitzt eine feste Schwelle ==> Detektion von hochenergetischen Teilchen mit großer Anzahl von Pulsen/Kanal unmöglich Begrenzung der bisherigen DAQ auf eine maximale Triggerrate von 100 Hz ==> Bei höheren Raten wird die Totzeit des Detektors zu groß (15% bei 100Hz) ADC liefert pro Ereignis nur den Maximalwert (peak sensing ADC) ==> Keine Informationen für die übrigen Pulse (Photonenzahl) ==> Ungenaue Zuordnung des Wertes zu TDC Pulsen Trigger begrenzt auf einfache Hardware Schaltungen ==> Unmöglich niederenergetische Teilchen vom Rauschen zu unterscheiden

9 Neue Datennahme mit TWR Modulen Die Transient Waveform Recorder(TWR) nehmen die gesamte Wellenform innerhalb von 10µs auf Unbegrenzte Anzahl von Pulsen pro Wellenform Begrenzung der Triggerrate nur aufgrund der Datenmenge nicht systembedingt 2000

10 Das TWR Modul von Struck SIS Kanal 100MHz 12 bit FADC 2 x 128k Sample Speicher / Kanal Interne /externe Uhr verwendbar Schwelle pro Kanal einstellbar

11 Die TWR Daq

12 Die TWR Daq 5 VME Crates 75 TWRs a 8 Kanäle 5 VME VME Brücken 1 Master VME Crate 1 VME PCI Brücke 1 HP ProLiant DL380 G2

13 Der neue Trigger (Idee) TWR Module detektieren die Pulse Erzeugen Strom von Wellenform Daten (einzelne Pulse) Sammeln der Daten auf einem Computer Analyse der Daten Suche nach Teilchenereignissen zur Reduktion des Datenvolumens

14 Der neue Trigger (Pulse Detektion) Bisher wurden die TWR Module durch die bisherige DAQ getriggert und Wellenformen in einem 10µs Fenster gespeichert, falls ein Wert unter eine feste Schwelle sinkt Beim 04/05er System muß jedes Modul selbst alle Pulse detektieren und Wellenformen mit variabler Länge speichern Dafür wird eine effektive Methode zur Pulsselektion benötigt

15 Der neue Trigger (Puls Detektion) Der obere Graph zeigt eine normale Wellenform Der untere Graph zeigt das Resultat der Pulssuche: Mean2 Mean1 Mean2 Mean1

16 Der neue Trigger (Vorselektion) Mit beschriebener Pulsdetektion werden alle Ereignisse in einem PMT aufgezeichnet und in separate Listen für jeden Kanal geschrieben Es folgt eine Vorselektion der zu untersuchenden Zeitfenster Histogramm mit 5 µs binning falls N>Z => genauere Untersuchung

17 Der neue Trigger (Trigger Algorithmus) Suche, an vorselektierten Punkten, durch die Pulse nach bestimmten Multiplizitäten in einem x µs Zeitfenster Zwei Schwellen Erste Schwelle (kleinere) startet den Nachbarschafts Koinzidenz Trigger (NCT) Algorithmus (Suche nach lokalen Koinzidenzen), falls die zweite Schwelle nicht erreicht wird Die zweite Schwelle triggert das Ereignis direkt Limitierung der Ereignissuche: Algorithmen müssen schneller als Intervall zwischen eingehenden Datenpaketen sein

18 Der neue Trigger (Trigger Algorithmus)

19 Multiplicity Der neue Trigger (Trigger Algorithmus) Mult Triggerschwelle NCT Triggerschwelle µsec

20 Der neue Trigger (NCT Trigger) Idee: finde nieder energetische Ereignisse lokale Koinzidenzen Enthalten in einem spezifischen Volumen Suche nach getroffenen OMs mit mindestens einem getroffenen OM im Volumen mit Radius R Falls mehr als Y vorhanden, trigger das Ereignis R

21 Der neue Trigger (Trigger Einstellungen) NCT Trigger M18 trigger Einstellung: 6 Treffer mit einem Treffer innerhalb von 60m Radius und 10µs Zeitfenster

22 Der neue Trigger (Vorteile) Mit dem neuen NCT Trigger werden nieder energetische Teilchen detektiert, ohne die Triggerrate infolge von Rausch Ereignissen stark zu Myon Fluß Limit erhöhen Deutliche Verbesserung der Sensitivität des Detektors auf Myonen unter 100 GeV SuSy > WIMPS Ermöglicht einfache Integration in ICECUBE

23 Zusammenfassung Der Aufbau und das Konzept der AMANDA TWRDaq wurde beschrieben Die neue Daq mit Softwaretrigger bringt viele Vorteile gegenüber der bisherigen Daq Bessere Energiebestimmung bei hochenergetischen Ereignissen Höhere Triggerrate, kein Datenverlust durch Totzeit komplexere Triggeralgorithmen NCT Trigger Einzige Begrenzung: Datenrate & Geschwindigkeit des Algorithmus

24 Ausblick Aktuelle Version läuft auf dem Wuppertaler System Aufbau am Südpol im nächsten Winter Weitere Beschleunigung des Algorithmus > kleinere Triggerschwelle > mehr niederenergetische Ereignisse Komprimierungsalgorithmus > Faktor 2 3 (Datenrate)

25 Erstes ν am Pol gefunden In den letzten Jahren wurden von der AMANDA Kollaboration etwa 1000 hochenergetische Neutrinos pro Jahr identifiziert.

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