The CMS barrel muon track finder and upgrades for HL-LHCs
Φόρτωση...
Ημερομηνία
Συγγραφείς
Mallios, Stavros
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Φυσικής
Περίληψη
Τύπος
Είδος δημοσίευσης σε συνέδριο
Είδος περιοδικού
Είδος εκπαιδευτικού υλικού
Όνομα συνεδρίου
Όνομα περιοδικού
Όνομα βιβλίου
Σειρά βιβλίου
Έκδοση βιβλίου
Συμπληρωματικός/δευτερεύων τίτλος
Περιγραφή
The Compact Muon Solenoid (CMS) is a general-purpose experiment measuring proton-proton and heavy-ion collisions at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. The LHC is a large particle accelerator at the CERN research laboratory, designed to provide particle physics experiments with collisions at unprecedented center-of-mass energies. To extend the sensitivity for new physics searches, a major upgrade of the LHC has been decided and is being prepared, the High Luminosity LHC (HL-LHC). In its “ultimate” configuration, the HL-LHC would reach a peak instantaneous luminosity of 7.5x1034cm'2s'1 increasing the “pile-up” or the average number of proton-proton collisions per bunch crossing to around 200. In order to maintain the excellent performance, the CMS detector has planned a complete replacement of the trigger electronics and a full redesign of the system’s architecture.
In this dissertation, the contributions to the Phase-2 CMS detector upgrade are presented, comprised of the design and testing of a new high-speed link protocol for the Phase-2 trigger, the integration of a new muon tracking algorithm for the Barrel Muon Trigger in the Barrel Muon Trigger boards and the contribution in the design and testing of a demonstrator board for the Layer-1 Barrel Muon Trigger. The new links takes advantage of all the latest advances in technology to increase the bandwidth of the trigger channels to 16 Gbps and 25 Gbps. The new muon tracking algorithm is featuring a Kalman filter and extends the trigger capabilities in finding displaced muons originating from very long-lived particles. The efficiency of tracking such muons, originating 40 cm to 100 cm away from the interaction vertex, is increased by a factor of 2.5. Finally, the new demonstrator board, features a 20 nm technology Field Programmable Gate Array (FPGA) and it is capable of running sixteen optical links at 16 Gbps, with excellent Bit Error Ratio (BER) of less than 1015.
Ο Compact Muon Solenoid (CMS) αποτελεί έναν από τους δύο μεγάλους ανιχνευτές γενικού σκοπού που λειτουργούν στον LHC του CERN. Ο LHC, αποτελεί τον μεγαλύτερο και ισχυρότερο επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο. Επιταχύνει δέσμες πρωτονίων ή ιόντων που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις, με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός οι οποίες συγκρούονται. Το 2023, ο LHC πρόκειται να αναβαθμιστεί, και να εισέλθει στην δεύτερη Φάση του (Phase-2). Ο αναβαθμισμένος LHC, ή High Luminosity LHC (HL-LHC) όπως ονομάζεται, έχει στόχο την διεύρυνση των δυνατοτήτων του επιταχυντή αυξάνοντας την φωτεινότητα (luminosity) κατα 7.5 φορές σε σχέση με τον αρχικό σχεδίασμά του επιταχυντή. Η αύξηση της φωτεινότητας θα οδηγήσει σε αύξηση τον αριθμό των ταυτοχρόνων συγκρούσεων (pile-up), κατά την σύγκρουση δύο πακέτων πρωτονίων (bunches), από 45 (Φάση I) σε 200. Το νέο περιβάλλον συγκρούσεων θα απαιτεί μεγαλύτερη αποδοτικότητα των ηλεκτρονικών συστημάτων (efficiency), καλύτερη αξιοπιστία του υλικού και μείωση του ρυθμού σκανδαλισμού (trigger rate) του πειράματος CMS. Στην παρούσα διατριβή, παρουσιάζεται η συνεισφορά στην αναβάθμιση του συστήματος σκανδαλισμού του πειράματος CMS. Στο πρώτο μέρος παρουσιάζεται η ενσωμάτωση ενός νέου αλγόριθμου εύρεσης τροχιών μιονίων στο σύστημα σκανδαλισμού του CMS στην περιοχή του βαρελιού. Ο νέος αλγόριθμος αυξάνει την ικανότητα ανίχνευσης μετατοπισμένων μιονίων τα οποία προέρχονται από την διάσπαση μακρόβιων σωματιδίων κατά 3-4 φορές. Επίσης, παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και ο έλεγχος ορθής λειτουργίας μιας αναπτυξιακής ηλεκτρονικής κάρτας που επίσης σχεδιάστηκε για το σύστημα σκανδαλισμού του CMS στην περιοχή του βαρελιού. Στο δεύτερο μέρος της συνεισφοράς παρουσιάζεται ένα νέο πρωτόκολλο επικοινωνίας με την ονο-μασία "Hermes". Το πρωτόκολλο βασίζεται στα τελευταίας γενιάς Ultrascale και Ultrascale+ FPGAs της Xilinx και ενσωματώνει την κωδικοποίηση 64b66b. Το πρωτόκολλο αυξάνει το bandwidth των οπτικών καναλιών κατά 4 φορές.
Ο Compact Muon Solenoid (CMS) αποτελεί έναν από τους δύο μεγάλους ανιχνευτές γενικού σκοπού που λειτουργούν στον LHC του CERN. Ο LHC, αποτελεί τον μεγαλύτερο και ισχυρότερο επιταχυντή σωματιδίων στον κόσμο. Επιταχύνει δέσμες πρωτονίων ή ιόντων που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις, με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός οι οποίες συγκρούονται. Το 2023, ο LHC πρόκειται να αναβαθμιστεί, και να εισέλθει στην δεύτερη Φάση του (Phase-2). Ο αναβαθμισμένος LHC, ή High Luminosity LHC (HL-LHC) όπως ονομάζεται, έχει στόχο την διεύρυνση των δυνατοτήτων του επιταχυντή αυξάνοντας την φωτεινότητα (luminosity) κατα 7.5 φορές σε σχέση με τον αρχικό σχεδίασμά του επιταχυντή. Η αύξηση της φωτεινότητας θα οδηγήσει σε αύξηση τον αριθμό των ταυτοχρόνων συγκρούσεων (pile-up), κατά την σύγκρουση δύο πακέτων πρωτονίων (bunches), από 45 (Φάση I) σε 200. Το νέο περιβάλλον συγκρούσεων θα απαιτεί μεγαλύτερη αποδοτικότητα των ηλεκτρονικών συστημάτων (efficiency), καλύτερη αξιοπιστία του υλικού και μείωση του ρυθμού σκανδαλισμού (trigger rate) του πειράματος CMS. Στην παρούσα διατριβή, παρουσιάζεται η συνεισφορά στην αναβάθμιση του συστήματος σκανδαλισμού του πειράματος CMS. Στο πρώτο μέρος παρουσιάζεται η ενσωμάτωση ενός νέου αλγόριθμου εύρεσης τροχιών μιονίων στο σύστημα σκανδαλισμού του CMS στην περιοχή του βαρελιού. Ο νέος αλγόριθμος αυξάνει την ικανότητα ανίχνευσης μετατοπισμένων μιονίων τα οποία προέρχονται από την διάσπαση μακρόβιων σωματιδίων κατά 3-4 φορές. Επίσης, παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και ο έλεγχος ορθής λειτουργίας μιας αναπτυξιακής ηλεκτρονικής κάρτας που επίσης σχεδιάστηκε για το σύστημα σκανδαλισμού του CMS στην περιοχή του βαρελιού. Στο δεύτερο μέρος της συνεισφοράς παρουσιάζεται ένα νέο πρωτόκολλο επικοινωνίας με την ονο-μασία "Hermes". Το πρωτόκολλο βασίζεται στα τελευταίας γενιάς Ultrascale και Ultrascale+ FPGAs της Xilinx και ενσωματώνει την κωδικοποίηση 64b66b. Το πρωτόκολλο αυξάνει το bandwidth των οπτικών καναλιών κατά 4 φορές.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
CERN, CMS, FPGA, High speed links, Transceivers, Algorithms, Kalman, Πρωτόκολλο επικοινωνίας, Οπτικά λινκς, Αλγόριθμοι, Κάλμαν
Θεματική κατηγορία
European Organization for Nuclear Research
Παραπομπή
Σύνδεσμος
Γλώσσα
en
Εκδίδον τμήμα/τομέας
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Φυσικής
Όνομα επιβλέποντος
Παπαδόπουλος, Ιωάννης
Εξεταστική επιτροπή
Παπαδόπουλος, Ιωάννης
Φουντάς, Κωνσταντίνος
Ευαγγέλου, Ιωάννης
Μάνθος, Νικόλαος
Χριστοφιλάκης, Βασίλειος
Λουκάς, Δημήτριος
Bachtis, Michalis
Φουντάς, Κωνσταντίνος
Ευαγγέλου, Ιωάννης
Μάνθος, Νικόλαος
Χριστοφιλάκης, Βασίλειος
Λουκάς, Δημήτριος
Bachtis, Michalis
Γενική Περιγραφή / Σχόλια
Ίδρυμα και Σχολή/Τμήμα του υποβάλλοντος
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Φυσικής
Πίνακας περιεχομένων
Χορηγός
Βιβλιογραφική αναφορά
Βιβλιογραφία: σ. 169-174
Ονόματα συντελεστών
Αριθμός σελίδων
204 σ.
Λεπτομέρειες μαθήματος
Συλλογές
item.page.endorsement
item.page.review
item.page.supplemented
item.page.referenced
Άδεια Creative Commons
Άδεια χρήσης της εγγραφής: Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States