Das Hardwareprojekt Kalorimetertrigger

 

In enger Zusammenarbeit mit Physikern aus mehreren europäischen Ländern haben die Mainzer Teilchenphysiker ein hardwarebasiertes Triggersubsystem für den ATLAS-Detektor gebaut. Der Jet- und Energieprozessor (JEP) analysiert Energiedaten, die aus den ATLAS-Kalorimetern über verschiedene Stufen analoger und digitaler Elektronik kommen, und berechnet in Echtzeit die Zahl der Teilchenjets, die eine Energie oberhalb einer programmierbaren Schwelle haben. Er bestimmt auch die totale transversale Energie, die in den Kalorimetern deponiert wurde. Weiterhin interpretiert er die gemessenen skalaren Energiewerte als Vektoren, die in Richtung der Energiedeposition zeigen. Nach der Vektorsummierung über diese Größen wird jedes Teilchen mit großem Transversalimpuls, das den Detektor ohne Nachweis verläßt, als ein Vektor fehlender Energie auffallen.

Die Ergebnisse dieser Berechnungen werden sowohl dem zentralen Triggerprozessor geschickt, der den ganzen ATLAS - Detektor kontrolliert, als auch zum Computersystem der zweiten Triggerstufe, das die Brauchbarkeit der getriggerten Ereignisse näher untersucht.

 

 

 

Der JEP ist ein Schrank mit Elektronikmodulen (linkes Bild), die in zwei getrennten Gehäusen Platz finden. In jedem Gehäuse, einem VME-Crate von 9 Höheneinheiten, findet man verschiedene Typen von Elektronik. Die meisten Einschübe sind die Jet- und Energiemodule (JEM, rechtes Bild), in jedem Gehäuse befinden sich 16 Platinen. Diese sind in Mainz entwickelte spezielle Elektronikmodule. Ihre Rechenleistung bekommen sie aus programmierbaren Logikbausteinen (FPGAs), sie ist optimiert auf die massiv paralle Verarbeitung schneller arithmetischer Algorithmen. Sie können zwar nur ganze Zahlen, addieren, subtrahieren, Bits schieben und Speicherinhalte abrufen, aber von diesen Operationen können in den 25 Nanosekunden zwischen zwei LHC-Pulsen sehr viele gemacht werden.

Die Module wurden in Mainz entwickelt, gebaut und getestet und werden nun am ATLAS-Experiment am CERN betrieben. Die Mainzer Teilchenphysikgruppe trägt Verantwortung für die Wartung, die Optimierung und einen eventuellen Upgrade dieser Module. Neue Versionen von ATLAS Triggerelektronik werden benötigt, wenn das LHC zu höherer Luminosität gebracht wird, was momentan in etwa 5 Jahren geplant ist.

Höhere Wechselwirkungsraten erfordern, dass die Trigger selektiver werden. Um diese Anforderungen zu erfüllen, müssen neue Elektronikmodule gebaut werden. Die Mainzer Gruppe nimmt an der Entwicklung neuer Triggerelektronik und der Simulation neuer Algorithmen aktiv teil.