Calorimetria EM a LAr di ATLAS ECA Barrel

Calorimetria EM a LAr di ATLAS ECA Barrel CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS ECC 1

Barrel n n Barrel in truck position in pit Infrastructure installation finished Electronics installation delayed by availability of components LV PS: n n n FEB: n n n QPLL problem solved but still OTx problems 6 month delay: half should be recovered by new production/testing schedule All barrel FEBs by August (EC FEBs by November) Goal: install electronics before moving to the IP? Cool down in IP: n n n Delays from manufacturer (MDI) First two proto failed load test (failing SMD capacitor) Start of cool down on 22/11/05 Barrel cold (will take 6 weeks) by end of December 2005 LArg filling beginning of Jan ‘ 06 Cryo ready for cold tests by mid Jan Then cold forever… Milano involvement: n HV system commissioning CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 2

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Endcap Calorimeters Endcap C CSN 1, 17 maggio 2005 Endcap A Calorimetria EM a LAr di ATLAS 4

Endcap C: Cold Test Normal working temperature Cool-down Warm-up (9 weeks) (7 weeks) CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 5

Endcap C: cold test results n n Cold test successfully performed Electromagnetic (EMEC): n n 6/31872 (0. 19‰) dead channels: 5 EMEC (3 strips, 2 back) + 1 PS 16 HV problems (1408 lines): n n Hadronic Endcap (HEC): n n 11 shorts (0. 19%) Cryostat warm now: n n 2/3072 dead channels (0. 65‰) Forward (FCAL): n n 13 sectors can be biased only on half of the semi-gaps (can be corrected SW: no acceptance loss) 2 sectors shorted together along 1 sector problems on both sides ( x f=0. 2 x 0. 2) at =2. 3 (0. 2%): could be operated at ~500 V (half nominal voltage) Start decabling and leave cryogenic system to Endcap A cold test Milano involvement: n n HV tests Time Domain Reflectometer (TDR) measurements: characterization of calibration lines (March ’ 05) CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 6

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Endcap A n n n Cold cover closed Feb 9 FCAL inserted, cabled and tested Welding of cold cover, purging of cold vessel, leak test, covers closed Cryostat displaced to cold test station ECA ready for cool down Cabling started last week Start of cool down: June 13 Cool down: 9 weeks Start of cold test: August 15 Cold test period: 6 weeks Milano involvement: n n HV set-up and tests TDR measurements CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 8

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HV system status n Milano is responsible of the HV control SW: n n Stable version since a while used for all tests up to now (CBT, Barrel/EC cold tests, …) Next step: integration with the rest of the DCS system n n Integration in the ATLAS DCS hierarchical system FSM: main tool for the implementation of the full control hierarchy in ATLAS, handle the states and transitions of the different parts of the detector. n Iseg SW: Firmware and OPC server n n n Unstable so far (v 2. x, v 3. x) New version (v 4. 0) under test now, should fix bugs and instabilities Will test new SW during ECA cold test starting in June CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 10

LHC Magnet CERN Operator IF DSS Data Viewer Alarm IF DAQ IS DAQ MRS DAQ RC DIP Global Control Station (GCS) DCS_IS Condition DB DDC CIC Tile Pixel SCT TRT MDT TGC RPC (CSC) LAr Subdetector Control Stations (SCS) PVSS LCS PC LCS OPC Local Control Stations (LCS) HEC LV Temp Purity HV FE Crates HV/ LV CAN Iseg HV modules CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 11

Iseg HV modules n n n HW responsibility: CERN, KTH, Wüppertal Modules still unstable During barrel cold test (August 2004) about half of the modules failed in going to 2 k. V: n n n Capacitors replaced on all modules During Endcap C cold test (February ‘ 05) still several failures at V>2300 Volts: n n Problem traced to a bad batch of 10 n. F/3 k. V filter capacitors Failure of the voltage regulator Task force in action to investigate the problem and interact with the company: n n Three Milano people involved Meeting at CERN last week (also with Iseg people) CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 12

Iseg HV modules n n Tests performed in Milano, CERN, Iseg We built 8 load boxes (32 channels each) to do a systematic qualifying test of all modules at CERN: n n Iseg examined defective modules: n n opto-coupler failure in the regulation circuitry opto-coupler replaced (3 k. V→ 7 k. V) on 30 modules But origin of fault not fully understood New modules at CERN since May 9: n n n 1. 5 F and 150 k in series on each channel to mimic a typical calorimeter HV channel Long duration tests Boxes at CERN since last week Modules under test w/ and w/o load boxes at maximum voltage (2500 V) So far so good Unforeseen and very urgent activity CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 13

CBT: list of data collected n Low energy & linearity study: n n n LARG HV scan: n n n n e- 250 Ge. V eta=0. 55 2000, 1500, 1000, 500, 250, 125 & 0 Volts on one side of the drift gap e+ 100 Ge. V eta=0. 5 2000, 50, 100, 150, 200, 400 & 700 Volts on both sides of the drift gap Phi-scan of sector 4 with dead electrodes: e- 180 Ge. V, eta=0. 7 Fine eta scan 180 Ge. V with scintillator between LAr & Tiles e+ & p 180 Ge. V Fine eta scan 250 Ge. V e- & p 250 Ge. V Magnet scan at eta=0. 45, p 250 Ge. V 25 ns data (basically no physics data) n n n e- + p (no inner detector) E=1 ->9 Ge. V eta=0. 2, 0. 25, 0. 35, 0. 45, 0. 55, 0. 65 magnetic field ON for some runs 1/2/3 Al plate(s) in front of LARG: eta=0. 4 protons 350 Ge. V: data with physics code in DSP: Material study with all subdetectors (e-, e+) n E=1 ->9 Ge. V E=20, 50 100, 150, 180 Ge. V eta=0. 35, 0. 45, 0. 55, material between pixel & SCT, SCT & TRT, B-field ON/OFF n p 20, 50, 100 Ge. V – B-field varied n n n Special studies for TRT, pions in magnetic field + lead absorber n Vary B-field n µ 150 Ge. V eta=0. 45 e+ 20, 50, 100 Ge. V eta=0. 45 n e+ 180 Ge. V eta=0. 1, 0. 2, 0. 3, 0. 4, 0. 5, 0. 7, 0. 6 n e+ 180 Ge. V (e+ ~= 150 Ge. V, g ~= 30 Ge. V) n e+ 180 Ge. V (photon energies varied using B-field MBPL-H & V Eg between 10 and 130 Ge. V) n n n Study with muon chamber in front of LARG: Photon run with tracker in: Photon run with only LARG & TRT: Non pointing photons - only LARG: n n Incoming e+ 180 Ge. V -> Eγ=50 Ge. V nominal eta=0. 3 - displacement -20 cm, 20, 40 and 60 cm CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 14

CBT: analysis n n n Slow start-up of the analysis Delay runs collected in August-September Several software problems in switching from standalone framework to Athena Several problems with DB Lack of manpower End of February DB is finally full: n n n single DAC calibration waves master waveform Delay runs Master Waveform Calculation of optimal filtering coefficients can start CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 15

Signal reconstruction and CBT n n RTM OFC (Milano Method) ready for all EMB module (all samplings) in DB Need to select the right OFC set (0, 24) from TDC needs to be calibrated Phase information from TDC is corrected with time offsets (found via iteration on data): n n n Global: single value, related to general setup FEB: 1 value/FEB (16) Gain dependence TDC corrections finally available for all run periods Results for hi-p. T electrons n n E=250 Ge. V σE /<E> =0. 97% Expect: ~0. 7% <E>= 182 Ge. V E=180 Ge. V / <E>=0. 87% Energy scale still to be fixed Other corrections to be implemented: dead material, out-of-cone, leakage CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 16

CBT analysis n n n Pedestal, ramps, delay & timing analysis finished and available in DB OFC: sets available and being tested: NTUPLE & ESD production using OFC starting First look at uniformity n n =0. 4% Other studies: n n ± 0. 4% linearity (material studies) photon & muon runs pions Soon ready for combining track & calo for particle ID studies CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 17

Endcap Services n Design phase completed in Milano n n n Milano is responsible for the installation of the Endcap services (ECC and ECA). Procurement of material starting (BNL, CERN) To minimize costs some materials will be shipped to Milano where they will be preassembled and tested Will bring in Milano mockup/structure now in B 180 n n Official drawings under finalization help in the preparation of the various pieces Complicate service design n All pieces are different from each other CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 18

Endcap services n n LV PS Optical box 13 electronic crates 4 differenti topologie di servizi: n n ELMB FCAL, EMEC, HEC/EMECspecial, Crates-feet Operazioni: n n n n PS: montaggio, cavi, schermi installazione water manifolds cooling FEB e PS cavi LV, cavi di trigger installazione delle box delle ELMB Installazione optical-boxes installazione parziale fibre TTC cavi di trigger test water lines CSN 1, 17 maggio 2005 HEC PS Calorimetria EM a LAr di ATLAS 19

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Barrel Services CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 21

Calibration Calibrate em objects n n On DC 2 samples n n n Study various basic quantities: n n n n Geant 4 Calibration hits: energy lost in dead materials (upstream, downstream, absorbers) intrinsic response of the accordion Lateral containment Longitudinal leakage Energy lost between PS and strips. . . Goal is to parametrize these quantities as a function of a minimal set of observables Get to an em calibration scheme CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 22

Higgs analysis n Complete analysis on inclusive channel H→gg (LO) on DC 1 samples n n Also performed analysis on VBF channel: n n Low luminosity so far Higgs signal significance increases combining the two analysis: n n ATLAS note under submission 10% improvement Next steps: n n Started validation of DC 2 samples NLO analysis CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 23

ETmiss, reconstruction n Study of Z→ →lep+had Control sample for reconstruction of ’s and for calibration of ETmiss during commissioning: n (MZ) (ETmiss) 33 k evts (Rome data) n n n ETmiss reconstructed from all calo cells in | |<5 (H 1 -style weights) n n Also from topoclusters Muons contribution (Moore muons) Cryostat correction Analysis cuts: n n n Digitized with noise in calorimeter Analysed from AOD and CBNT ROOT ntuple PT(lep), PT(t) > 15 Ge. V f<2. 7 Next: n n n Tune cuts Reconstruct also lepton background CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 24

Milestones n n n Inizio misure HV sul Barrel nell`IP Completamento misure HV e TDR di ECA (in B 180) Analisi dei dati del test beam in via di finalizzazione 31/10/05 n → OK → NO → scrittura software iniziata Installazione SW e inizio tests HV in USA 15 31/08/05 n n Studio dell`uniformità del modulo 0 EM Barrel esposto al Test Beam combinato. 31/08/05 n n Acquisizione misure con il Time Domain Reflectometer sul Barrel freddo e analisi preliminare 31/12/2004 n n Software per la ricostruzione del segnale con il metodo di Milano pronto al Test Beam combinato, compresa l`analisi delle linee di calibrazione e dei delay runs. 31/07/2004 n n → OK (March 05) 30/06/2004 Inizio integrazione dei servizi su EC-C in UX 15 CSN 1, 17 maggio 2005 → settembre cold test, ottobre warm-up → novembre Calorimetria EM a LAr di ATLAS 25

Richieste finanziarie CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 26

Commissioning and Installation n High Voltage activity: n n n ECC cold test in B 180 (fatto, parte si è dovuta fare nel 2005) ECA cold test in B 180 (June. September) Inizio attivita’ nel pit: test HV sul barrel nell’IP, ECC (e ECA? ) nel pit Integrazione col DCS di Atlas Attivita’ extra: HV task force, interazioni con Iseg (CERN, Dresda), endurance test dei moduli con i load boxes al CERN n n n ECC cold test in B 180 (fatto) ECA cold test in B 180 (August/September) n preparazione al CERN e installazione servizi Team di 3 tecnici e supervisione del team al CERN da ottobre a dicembre CSN 1, 17 maggio 2005 1. 5 mu: finalizzazione HV e TDR ECA A fine anno: 10 mu n n 2 mu HV: ECA, load box, Iseg. 5 mu: servizi ECC, disegni, mock-up Ad agosto/settembre: 5. 5 mu n n HV e TDR su ECC A luglio: 4 mu n Installazione Servizi ECC: n Ad oggi: 1. 5 mu n TDR measurements: n n n 2 mu HV: test HV barrel, ECC e ECA nel pit, integrazione DCS 2. 5 mu: servizi ECC nel pit Richiesta: 5 mu aggiuntivi missioni estere Calorimetria EM a LAr di ATLAS 27

Missioni Interne n L’assegnazione di 14 k€ copre la ordinaria amministrazione e non tiene conto dei seguenti eventi: n n n Liquid Argon week a Gargnano (12 -16/09) organizzato da Milano Atlas Physics Workshop a Roma (6 -11/06) Richiesta: 16 k€ aggiuntivi missioni interne n n 8 k€ per circa 8 persone a Gargnano 8 k€ per 5 persone a Roma CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 28

Back-up slides CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS

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Comparison with direct LC measurements (1) Medium gain extr = meas+ 0. 5 for clarity Systematic (mean) ~ 1% RMS ~ 2% Agreement with LC measured at cold is very good Reminder: 1% variation on LC leads to ~ 0. 1% on peak reconstruction… CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 31

Parameter analysis: Calibration board parameters Medium gain LCB » 8. 8 H Medium gain RCB » 2 LCB » 11. 5 H CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 32

TDR measurements black TDR profile (TB ft=1, short line) green Z 0=50 (Hspice simulation) red Z=Z 0 2 (Hspice simulation) Length spread in each family 3 =1. 5 ns (30 cm). CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 33

TDR measurements delay cavi di calibrazione cold pin carrier terminazione MB vacuum cable baseplane warm pin carrier warm cable Blue: ionization signal Red: calibration signal CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 34

Ricostruzione del segnale: Strategia di calibrazione (2) Segnale di ionizzazione triangolare: Segnale di calibrazione “exponenziale”: Segnale di calibrazione: Funzione di trasferimento della catena di readout: Segnale di ionizzazione: CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 35

Ricostruzione del segnale: Strategia di calibrazione (3) Per completare l’equalizzazione delle celle, il guadagno di readout calcolato con il segnale di calibrazione… … va applicato a un segnale di ionizzazione che è stato corretto! Il segnale di ionizzazione triangolare generato nel gap di LAr è “normalizzato” quando corrisponde a un segnale di calibrazione unitario iniettato a livello della MB… CSN 1, 17 maggio 2005 Correzione per il punto di iniezione: LC Correzione per le diverse forme di corrente iniettata: Td, fstep, tcali Le correzioni al segnale di ionizzazione sono implementate nella procedura di ricostruzione del segnale campionato… Calorimetria EM a LAr di ATLAS 36

Ricostruzione del segnale: “Optimal Filtering” Segnale “normalizzato” delay noise A Ampiezza del segnale Il segnale è campionato ogni t = 25 ns: CSN 1, 17 maggio 2005 L’ampiezza del segnale e il delay sono calcolati come combinazioni lineari dei campionamenti {S 1, …. . , SN} I coefficienti ai e bi vengono calcolati a partire da: ü Forma “normalizzata” del segnale ü Autocorrelazione del noise Calorimetria EM a LAr di ATLAS 37

Ricostruzione del segnale: il metodo “Milano” 1. Obiettivo della procedura è l’estrazione di tutti i parametri utili alla predizione del segnale di ionizzazione dall’impulso di calibrazione ü tcali fit esponenziale sulla coda del segnale ü fstep minimizazione c 2 coda step response ü LC minimizazione c 2 coda cosine response ü LC analisi in frequenza FFT segnale concordano allo 0. 5% 2. Il guadagno elettronico di ogni canale viene direttamente misurato attraverso una procedura di fit lineare (Master Waveform) ! OFC [ m. A/ADC ] 3. Il segnale di ionizzazione “normalizzato” viene predetto direttamente con una convoluzione numerica, senza l’utilizzo diretto di dati da segnali di fisica. CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 38

Ricostruzione del segnale: 32 samp. test-beam delay runs y(t) = m(t) x DAC + DAC 0 t (ns) CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 39

Ricostruzione del segnale: Parametri dell’impulso di calibrazione P 15 Middle FT 0 CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 40

Ricostruzione del segnale: Parametro w 0 = 1/ LC FFT del segnale di calibrazione: black raw transform red exp. correction blue shaper correction n Misura diretta CSN 1, 17 maggio 2005 Calorimetria EM a LAr di ATLAS 41