Триггер детектора ATLAS вместе с системой сбора данных, временной и
управляющей логикой составляют вместе систему TDAQ. Система медленного контроля
детекторов подсистем обозначается DCS. Обе эти системы в основном распределены
по подсистемам детекторов. При этом они имеют одинаковую логику и блоки.
Триггер состоит из трёх отдельных систем: триггера первого уровня L1,
триггера второго уровня L2 и фильтра событий EF. Два последних уровня образуют
вместе триггер высокого уровня HLT.
Каждый более высокий уровень триггера пересматривает решение предыдущего и
использует дополнительные критерии отбора, если это необходимо. Система сбора
данных получает и сохраняет данные для события от отдельных систем детекторов с
частотой, соответствующей выходной частоте событий триггера первого уровня через
1600 каналов. Триггер первого уровня использует часть информации детектора,
чтобы принять решение за время ≤ 2 мкс и удержать скорость потока событий на
уровне порядка 75 кГц. Два последующих уровня триггера используют больше
информации детекторов и снижают частоту потока до ~200 Гц при среднем объеме
данных на событие 1,3 Мбайта.
Триггер первого уровня L1 осуществляет поиск мюонов, электронов, фотонов,
струй и τ-лептонов, распадающихся в адроны, с большими поперечными импульсами, а
также большие недостающую и полную поперечную энергию. Их отбор осуществляется
на данных разных детекторов. L1 выполнен из электроники промышленного
производства, тогда как триггер высокого уровня использует промышленные
компьютеры и системы связи. Триггер L1 объединяет данные триггерных камер
мюонного спектрометра и калориметров в центральном триггерном процессоре,
который располагает «меню» триггера в виде комбинаций критериев отбора событий.
Возможно использование фактора прескейлинга для оптимизации набора
регистрируемых событий при изменении светимости или фоновых условий.
В каждом событии триггер L1 образует также области интереса (RoI, Region of
Interest), которых может быть несколько, определяя для них пары координат η и φ.
Данные RoI содержат информацию о том, какого типа триггер и с каким порогом
принадлежит данной области. Эта информация используется в триггерах высокого
уровня.
Триггер L2 для RoI использует всю имеющуюся информацию детекторов для этих
областей, она составляет примерно 2% всех имеющихся данных для события. Меню
триггера L2 составлено таким образом, чтобы уменьшить скорость поступления
событий до приметно 3.5 кГц со средним временем обработки события 40 мс.
Окончательный отбор проводит фильтр событий EF, на выходе которого поток
составляет около 200 Гц. Отбор на уровне EF использует алгоритмы, разработанные
для последующего физического анализа в пределах отведенного времени порядка
четырех секунд.
Триггер высокого уровня полную прецизионную информацию калориметров и
мюонных камер, а также Внутреннего детектора. Как правило, он использует
инклюзивные критерии, или пороги для значений энергии или поперечного импульса,
с одним исключением. Для В-физики триггер второго уровня L2 отбирает события, в
которых проводится реконструкция эксклюзивных распадов В-мезонов на частицы с
малыми поперечными импульсами.
Триггер первого уровня L1 осуществляет первичный отбор событий на
основе данных триггера калориметра и мюонной системы. Триггер калориметра
использует данные всех калориметров (электромагнитного, адронного и переднего).
Его задачей является идентификация объектов с высокой поперечной энергией Ет,
таких как электроны, фотоны, струи и τ-лептоны, распадающиеся в адроны, с
большими поперечными импульсами, а также события с большой недостающей энергией
или большой полную поперечной энергией. Предусмотрен и отбор событий с большой
суммой поперечных энергий струй. При отборе электрона, фотона или τ-лептона,
т.е. частицы с большой поперечной энергией, должно выполняться условие
изолированности. Оно означает, что частица должна быть минимально отделена по
углу от любого другого сигнала большой энергии в данном триггере. Решение
триггера L1 для каждого столкновения сгустков протонов (банчей) состоит в
определении количества объектов каждого типа с определении для них величины
порога энергии Ет. Количество запрограммированных в L1 порогов Ет для разных
объектов меняется от 4 до 16.
Мюонный триггер L1 использует информацию RPC и TGC камер. Он определяет
наличие мюона с высоким поперечным импульсом РТ, вылетевшего из области
взаимодействий. Предусмотрено 6 независимых порогов мюона по величине рт.
Информация этого триггера для каждого пересечения банчей состоит в количестве
мюонов для каждого порога поперечного импульса. Повторный счет мюонов для разных
порогов исключен. Блок-схема триггера первого уровня L1 детектора ATLAS
приведена на рис.7.1. Решение L1 принимается центральным процессором CTP на
основе данных триггера калориметра и мюонного триггера. Показаны также линии
связи с триггером второго уровня L2, формирующие области интересов RoI, и с
системой сбора данных DAQ.
Рис.7.1. Блок-схема триггера первого уровня L1 детектора ATLAS. Решение
принимает центральный процессор на основе данных калориметра и мюонного
триггера. Показаны также линии связи с триггером второго уровня L2, формирующие
области интересов RoI, и с системой сбора данных DAQ.
Меню триггера состоит из объектов, количество которых достигает 256.
Каждый объект содержит перечень критериев для своего определения в первичных
данных. Решение триггера вместе с временным сигналом банча, частотой 40,08 МГц,
и другими временными параметрами, распространяется по системам считывания
детекторов системой ТТС (Timing, Trigger and Control).
Решение L1 триггера принимается на основе данных о количестве объектов
интереса. Информация об этих объектах находится в процессорах триггеров
калориметра и спектрометра. Если событие проходит уровень L1, информация для
каждого RoI передается с этих процессоров триггеру L2 для дальнейшего анализа.
Важной задачей триггера L1 является точная привязка к банчу, определяющему
момент столкновения пучков, интервал между которыми составляет всего 25 нс.
Время пересечения мюоном камер спектрометра превышает этот интервал. Трудность
триггера калориметра состоит в том, что его временной сигнал велик и в среднем
перекрывает четыре промежутка пересечений банчей. При положительном решении L1
информация о событии сохраняется в памяти во всех каналах считывания детектора.
Электроника памяти расположена вблизи детекторов, в сложных радиационный
условиях. Её объем ограничен. Это требует минимизировать время решения L1.
Созданный L1 построен их специально разработанных электронных процессоров и
обеспечивает время принятия решения ≤ 2,5 мкм. При этом 0,5 мкм является
запасным временем. Примерно 1 мкм этого времени занимает сигнала прохождение
сигнала через линии связи.
Задержка сигнала в центральном процессоре триггера CTP включена во временные
задержки триггеров калориметров и мюонной системы и составляет 100 нс. Временной
сигнал триггера L1 воспринимается на подсистемах локальными триггерными
процессорами LTP (Local Trigger Processor), которые управляют временными
системами детекторов, и передаются через собственные ТТС систем электронике
считывания детекторов. Временной сигнал СТР синхронизирован с часами ускорителя
LHC.
Система сбора данных детектора и триггер высокого уровня DAQ/HLT включает:
считывание, триггер второго уровня L2, систему построение события (event builder),
фильтр событий (event filter), конфигурацию, управление и контроль. Триггер
высокого уровня HLT , включающий L2 и фильтр событий, осуществляет окончательный
отбор событий и снижает скорость их поступления. Система сбора данных DAQ (Data
Acquisition System) обеспечивает доступ данных детекторов в HLT и затем в
систему хранения. Система считывания данных создает полный набор информации для
события и отправляет ее в фильтр событий (EF).
Управление экспериментом осуществляется путем управления и мониторинга
рабочими параметрами детекторов и инфраструктурой эксперимента, координацией
программных систем детекторов, триггеров и систем считывания информации,
обеспечивающих сбор данных. Эти функции выполняют система управления сбора
данных и система медленного контроля детекторов DCS (Detector Control System).
Системы управления и контроля являются распределенными системами и имеют две
основные компоненты: управление процессом (process manager) и контроль его
выпонения (run control).
Описание информации, используемой при сборе данных, содержатся в
конфигурационной базе данных. Она организована как дерево связанных сегментов,
иерархия которых задается системами DAQ/HLT и детекторов, и представляет собой
объектно-ориентированную схему данных.
Триггер второго уровня L2 получает информацию относительно
областей интереса RoI от триггера L1 и собирая необходимые данные детекторов,
создает единую структуру данных. Основным элементом L2 является процессорная
ферма, где происходит отбор событий. Она обеспечивает снижение потока событий
примерно в 30 раз. На выходе создается конечное событие, которое затем
анализируется в фильтре событий, второй компоненте триггера высокого уровня HLT.
В триггере HLT существует набор триггерных цепочек, алгоритмов реконструкции,
восстанавливающих требуемые параметры (трек или кластер в калориметре), и
алгоритмов отбора событий, составляющий таблицы сигнатур объектов на всех этапах
работы HLT.
Фильтр событий также представляет собой процессорную ферму
обработки событий. В отличие от L2, здесь используются стандартное программное
обеспечение реконструкции событий детектора ATLAS и алгоритмы анализа. После
обработки события, в случае, если оно сохраняется для последующего анализа,
результаты работы триггера присоединяются к структуре данных события. Событие
получает метку триггера (tag), которая определяет, в какой поток данных для
физического анализа будет направлено данное событие.
