Hardware tracking for the ATLAS experiment at the HL-LHC

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ribeiro, João Carlos Macário
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10316/98218
Resumo: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Física apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
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spelling Hardware tracking for the ATLAS experiment at the HL-LHCHardware tracking for the ATLAS experiment at the HL-LHCReconstrução de taçosATLASHL-LHCTransformada de Houghajustes linearesTracking TriggerATLASHL-LHCHough Transformlinearized fittingDissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Física apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaEsta tese de mestrado documenta dois trabalhos realizados para o Hardware Tracking for the Trigger (HTT), um sistema proposto para a Fase-II da Upgrade da experiência ATLAS, no Large Hadron Collider (LHC). O projeto principal é um estudo sobre o desempenho de um novo método para reconstruir traços de partículas carregadas, usando a transformada de Hough para encontrar "roads" e um ajuste linear baseado numa geometria idealizada do detetor. Devido ao elevado número e frequência de choques protão-protão esperados na fase de Alta Luminosidade do LHC, o trigger de ATLAS tem que decidir muito rapidamente se um evento é gravado ou não. Para isso, vai precisar de reconstruir traços a uma frequência de 1 MHz. Isto é uma tarefa com um enorme grau de dificuldade, que tem que ser executada o mais rapidamente, com melhor eficiência e qualidade, e menor custo e complexidade possíveis. Encontrar a melhor solução não é fácil, pelo que várias alternativas foram propostas.Recentemente, uma solução baseada em CPUs e software comerciais foi escolhida para realizar esta tarefa. Contudo, existe a possibilidade de usar aceleradores de hardware para ajudar o trigger a reconstruir os traços. O método apresentado nesta tese pode ser implementado em FPGAs para rapidamente encontrar "roads" e dar uma estimativa do $\phi_0$ e $q/p_T$ dos traços ao trigger.Os resultados obtidos mostram resoluções dos parâmetros e eficiência em encontrar os traços similares aos mais recentes do HTT. Os aspetos quem ficam aquém dos resultados de base são o desempenho em traços com momento transverso entre 1 e 2 GeV, e o número de traços falsos (cerca de 36 vezes mais que os reconstruídos por métodos offline) obtidos em amostras de $t\bar{t}$ mais 200 eventos acumulados.This Master Thesis presents work developed for the Hardware Tracking for the Trigger (HTT), a system proposed for the Phase-II Upgrade of the ATLAS experiment, at the Large Hadron Collider (LHC). The main project consisted in the study of a new tracking method, that uses the Hough Transform for road finding and a fitting procedure based on an idealized geometry of the detector. Due to the high number and rate of proton-proton collisions expected at the High Luminosity LHC, the ATLAS trigger has to quickly decide if an event is saved for storage or not. To do so, it will need to perform charged particle tracking at a rate of 1 MHz. This is a tremendous task that has to be performed in the fastest way, with the best efficiency and quality possible, the lowest cost and a not so huge complexity. Finding the best solution is not easy, so various alternatives were proposed.Recently, a solution based on commodity CPUs and software was chosen to perform tracking in the ATLAS trigger. However, the possibility of using hardware accelerators to assist in this task is being studied, to make use of their higher processing power. The method presented in this thesis could be implemented in FPGAs to quickly perform road finding and give an estimate of the $\phi_0$ and $q/p_T$ of tracks to the ATLAS Event Filter.The results obtained show $\phi_0$ and $q/p_T$ resolutions and track finding efficiencies comparable to the HTT baseline system. The downside of the current version of the method is lower performance in $1<p_T<2$ GeV muons and higher number of fake tracks (about 36 times more than offline reconstruction) produced in $t\bar{t}$ plus 200 pile-up events.FCT2021-11-17info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://hdl.handle.net/10316/98218http://hdl.handle.net/10316/98218TID:202922634engRibeiro, João Carlos Macárioinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2022-10-25T11:44:13Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/98218Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:16:06.391683Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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