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Drift Tube Track Finder - Regionaler Müontrigger

Müonen gehören zu den Zerfallsprodukten vieler neuer Teilchen, die am Large Hadron Collider (LHC) des CERN entdeckt werden könnten. Der Müontrigger selektiert Kollisionsereignisse, die hochenergetische Müonkandidaten enthalten.

Auf der ersten Triggerstufe identifiziert der Drift Tube Track Finder (DTTF) im Zentralbereich des CMS-Experiments Müonen und bestimmt deren Parameter aufgrund von Spursegmenten, die in den vier Stationen der Driftröhrenmüonkammern gemessen werden. Für jede der 40 Millionen Proton-Strahlkreuzungen im LHC pro Sekunde bestimmt er Transversalimpuls, Ortskoordinaten und Qualität von Müonkandidaten.

Das Prinzip der Spurensuche (englisch: Track Finding) beruht auf Extrapolation von einem Quellspursegment in einer Müonstation zu einem möglichen Zielsegment in einer anderen Station, gemäß einer vorher berechneten vom Kollisionspunkt kommenden Trajektorie. In der Ebene transversal zu den LHC-Teilchenstrahlen, auch Phi-Projektion genannt, werden Spuren durch das von der CMS-Spule gelieferte Magnetfeld gekrümmt. In der Projektion parallel zu den Strahlen, der so genannten Eta-Projektion, findet keine Krümmung statt. Wenn ein in Hinblick auf Ort und Ablenkwinkel kompatibles Spursegment gefunden wird, wird es mit dem Quellsegment assoziiert. Möglichst viele kompatible Spursegmente in bis zu vier Müonstationen werden zu einer kompletten Spur zusammengefügt. Der Transversalimpuls wird aus der Spurkrümmung in der Phi-Projektion berechnet. Die Kandidaten werden sortiert nach Rang, der eine Funktion von Transversalimpuls und Qualität ist. Letztere ist ein Maß für die Güte der Parametermessungen, basierend auf Detailkenntnissen der Detektorelemente und der Triggerelektronik sowie der zur Verfügung stehenden Informationsmenge.

Die höchstrangigen Müonkandidaten werden zum Globalen Müontrigger transferiert, der auch Müonen von den beiden anderen Müonsystemen von CMS, den Widerstandsplattenkammern und den Kathodenstreifenkammern, erhält und mit denen des DTTF vergleicht.

Die DTTF-Hardware besteht aus verschiedenen Modultypen. Die 72 Phi Track Finder (PHTF) Karten, auch Sektorprozessoren genannt, führen die Spurensuche gemeinsam mit den 12 Eta Track Finder (ETTF) Karten durch. Die ETTF Karten dienen zur Verfeinerung der Messung der Eta-Koordinate, gegeben durch den Winkel zwischen der Myonspur und dem Strahlrohr. Bis zu 144 Myonkandidaten werden zu den 12 Wedge Sorters (WS) geleitet. Diese bestimmen die besten zwei Kandidaten pro Wedge, das aus 5 Sektoren in horizontaler Richtung besteht. Aus Verkabelungsgründen ist der mittlere Sektor in zwei Untersektoren geteilt. Die Wedge Sorter liefern bis zu 24 Kandidaten zum Barrel Sorter (BS), der seinerseits bis zu vier der höchstrangigen Müonen im gesamten Driftröhrensystem liefert.  Die DTTF Daten werden vom Datenakquisitionssystem aufgezeichnet. Ein Auslesemodul, die DAQ Concentrator Card (DCC), sammelt die Daten aus jedem Wedge, mit Hilfe von sechs Data Link Interface Karten (DLI). Jede DLI bedient zwei Wedges. Die DTTF Elektronik befindet sich in drei Elektronikschränken, in den dem Experiment benachbarten Räumen unter Grund. Zwei Schränke enthalten die sechs Track Finder Crates, die die Elektronik für je zwei Wedges und einen Crate Controller beinhalten. Es gibt auch einen Timing Module (TIM) in jedem dieser Crates zur Verteilung der vom LHC gelieferten Takt- und Zeitsignale. Der dritte Schrank enthält das zentrale Crate mit dem BS, dem DCC, einem TIM Modul und Interfacekarten für den Empfang der LHC-Signale und die Verbindung zum Trigger Control System.

Die Gesamtverantwortung für den DTTF liegt beim Institut für Hochenergiephysik Wien. Das Hardwaredesign aller Module außer der Sortierer wurde von der Projektgruppe CMS Trigger gemacht. Die Gruppe führte auch deren Produktion durch.
Die Autonome Universität Madrid ist verantwortlich für die Online- und Offlinesoftware. Sie finanzierte auch die Produktion der ETTF Karten und trug zur Entwicklung der PHTF und ETTF Karten bei. Das INFN Bologna ist verantwortlich für Design und Konstruktion der Sortiermodule.

Detailbeschreibung (nur englisch)

DTTF