05 décembre 2008
Succès « cosmique » pour CMS
CMS renforce sa préparation aux premières prises de données du LHC, en partie grâce aux contributions des équipes de l'Irfu.
Succès « cosmique » pour CMS

Un événement cosmique enregistré par CMS

Le 14 novembre 2008, le solénoïde géant de CMS a produit avec succès son champ nominal de 4 T . Ce succès couronne les efforts de l'Irfu dans la conception et la réalisation du plus grand solénoïde supraconducteur du monde. Pendant cette période d’environ un mois, les équipes de CMS ont effectué une campagne de prise de données cosmiques ininterrompue avec le détecteur dans les conditions nominales, collectant ainsi 300 millions d'événements. Cette réussite a permis de mettre en valeur des compétences spécifiques à l’Irfu, notamment en matière de détection, de l’électronique à la reconstruction de traces en passant par les systèmes de contrôle.

 

L’aimant

 

Après des essais en surface au cours du second semestre de 2006, l’aimant a été démonté en 15 sous-ensembles, qui ont été descendus séparément dans le hall souterrain, puis réassemblés. Après la mise en place des détecteurs, l’aimant a de nouveau atteint sans problème, en octobre 2008, son champ opérationnel de 3,8 T. Pendant environ un mois, l’aimant a fonctionné à cette valeur pour des tests du détecteur avec des rayons cosmiques. Finalement, le 14 novembre, le champ de l’aimant a été monté à sa valeur nominale de 4 T. Comme le reste du détecteur, l’aimant entre maintenant dans une période de repos, qui sera mise à profit pour y effectuer quelques actions de maintenance et d’amélioration, jusqu’au redémarrage du LHC prévu pour le 3e trimestre de l'année 2009. L'aimant sera à nouveau sollicité pour les prises de données d'événements cosmiques dès le début de l'année prochaine.
 

 
Succès « cosmique » pour CMS

Évolution du nombre d'événements enregistrés dans CMS pendant la prise de données cosmiques

Les prises de données cosmiques

 

Suite a l'incident intervenu sur le LHC le 19 septembre, le programme de mise en route de l'expérience a été révisé. CMS a mis en place un nouveau plan de fonctionnement afin de tirer profit des énormes efforts réalisés, en se plaçant dans les meilleures conditions possibles pour le futur redémarrage de la machine. Ce plan consiste à réaliser des prises de données à l’aide de rayons cosmiques dans les conditions de fonctionnement les plus proches possibles de celle du fonctionnement du LHC.
Le système d'acquisition a donc été éprouvé dans des conditions similaires à celles attendues lors des collisions. Celles-ci comprennent notamment des séquences d’étalonnage réalisées sur tous les cristaux du calorimètre électromagnétique (ECAL) simultanément aux prises de données de physique, et l'utilisation du processeur de lecture sélective (SRP) qui doit réduire le flux de données provenant du détecteur.
Le système de sélection à haut niveau a lui aussi fonctionné dans une configuration proche de celle envisagée pour le démarrage du LHC, avec pour la première fois, l'utilisation d'une ferme d'environ 4500 processeurs pour le traitement en ligne des événements.
 

 
Succès « cosmique » pour CMS

Vue d'ensemble du système de lecture sélective (SRP) du calorimètre électromagnétique

 

La lecture sélective par le SRP


La lecture sélective de l’ECAL, déjà testée au mois de juin 2008, a été utilisée de manière continue pendant toutes les prises de données cosmiques.


La lecture sélective est un système innovant permettant de réduire d'un facteur 20 la taille des données à un niveau acceptable pour le système d'acquisition, tout en conservant la précision intégrale du calorimètre. La méthode consiste à définir en temps réel les zones du détecteur qui seront par la suite nécessaires à la reconstruction des « objets électromagnétiques » (gerbes produites dans le calorimètre par des électrons ou gammas) de haute énergie. L'intégralité des canaux de ces zones est alors lue, le reste du détecteur étant lu après application d'un seuil. Le SPP et le Sédi ont pris en charge la conception et la réalisation du système sélectionnant en temps réel ces régions. Cette sélection est réalisée en moins de 5 µs 100 000 fois par seconde. En mettant à profit les dernières avancées technologiques dans le domaine de la communication optique et du domaine des puces à logique programmables (FGPA à fort degré d'intégration), le Sédi a apporté une solution compacte répondant à l'exigence de ces contraintes de temps. Ce projet a permis au Sédi d'acquérir une réelle expertise dans les domaines des liens optiques parallèles « multi-gigabit » et des « systems on chip » (microprocesseurs intégrés aux FGPA).

Le système de lecture sélective a fait preuve d'une extrême fiabilité durant les nombreuses campagnes de prises de données qui ont eu lieu depuis sa mise en service
 

 

 
Succès « cosmique » pour CMS

Gros plan sur le système de distribution de lumière du système de contrôle

 

Système de contrôle par laser

 Le système de contrôle par laser, conçu et développé par l'Irfu, permet de mesurer et de corriger la transparence des cristaux du calorimètre électromagnétique de CMS en temps quasi-réel grâce à l'injection de lumière laser calibrée sur chaque cristal à travers un système complexe de distribution par fibres optiques. Pour fonctionner en temps réel, ce système doit faire des mesures lors du fonctionnement normal du détecteur, sans interférer avec les prises de données consacrées à la physique. Le système de synchronisation des signaux de déclenchement, l'extraction des événements de calibration des flux de données physiques et le traitement en ligne des événements dans une ferme de calcul spécifique ont eux-aussi été testés avec succès.
Aboutissement d'un travail de plus de 10 ans, cette réussite permet d'envisager le démarrage du LHC avec sérénité.
 
 

Contact:

 

Marc DEJARDIN

 

 

Maj : 24/02/2009 (2514)

 

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