Colaboração LHCb/CERN. Colaboração ATLAS/CERN. Projeto Deteção Meteoros e Raios Cósmicos. Fenomenologia de Partículas Elementares

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1 Colaboração LHCb/CERN Colaboração ATLAS/CERN Projeto Deteção Meteoros e Raios Cósmicos Fenomenologia de Partículas Elementares

2 Colaboração ATLAS/Brasil

3 7k toneladas, 100M canais eletrônicos, 3Mm de Cabos

4 Maior detetor de partículas do mundo Mais de 2500 cientistas países participantes.

5 Histórico Colaboração com o CERN iniciou-se em 1988 com IF, COPPE e Escola de Engenharia. P&D para o LHC em calorimetria hadrônica usando material plástico cintilante Membro da Colaboração ATLAS desde 1992 participando da sua Carta de Intenção. Participamos em 1994 da Proposta oficial Responsável pelas 2800 placas somadoras de energias das torres e de múons do TILECAL. Diversas teses de doutorado, mestrado e trabalhos de final de curso e Inic Científica. Foi considerado na COPPE como o projeto mais 5 importante dos últimos 20 anos.

6 Objetivos Gerais Continuar as atividades de desenvolvimento, melhoramento, upgrades e comissionamento nos campos da Física (estudos fenomenológicos e métodos de análise de dados), Eletrônica (instrumentação, algorítmos e processamento de sinais) e Informática (computação inteligente e sistemas distribuídos). Ampliar a brasileiras. inclusão de Instituições colaboradoras Formar recursos humanos de forma multidisciplinar. Inserir a indústria nacional (hardware e software) Aumentar a visibilidade da indústria nacional no exterior. Aplicações em outros domínios do conhecimento. 6

7 Equipe e Instituições Fernando Marroquim (UFRJ) José Manoel Seixas (COPPE-UFRJ) Carmen Lodi Maidantchik (COPPE-UFRJ) Luiz Pereira Caloba (COPPE-UFRJ) Marco Aurélio Lisboa Leite (USP) Olácio Dietzsch (USP) Emi Márcia Takagui (USP) Maria Aline Barros do Vale (UFSJ) Augusto Santiago Cerqueira (UFJF) Carlos Antônio Duque (UFJF) Eduardo Simas (CEFET-BA) PosDoc Andre Asevedo Nepomuceno (UFRJ) PosDoc Paulo Vitor Gamacho da Silva (UFRJ) PosDoc Luciano Manhães(UFJF) PosDoc Aline Gesualdi (CEFET-RJ) PosDoc Marisilvia Donadelli (USP) 7

8 Equipe e Instituições(cont.) Alunos de pós-gradução Alunos de graduação e IC alunos de ICJr Técnicos (UFRJ+USP) Instituições: CLUSTER ATLAS/BR UFRJ USP UFSJ (em andamento) UFJF (em andamento) 8

9 Calorímetros 9

10 Física Colisões proton-proton Além do Modelo Padrão Interação Forte com o grupo de fenomenologia da UFRJ, vários modelos são estudados. Procura de: Novos bósons de gauge Novos leptons pesados Neutrinos de Majorana Partículas compostas Etc Canais: pp->lepton + lepton +X (estudo principal) pp-> lepton+missing energy+x pp->lepton+lepton+boson+x 10

11 Física p-p Metodologia: Procura-se limite experimentais para as constantes do modelo estudado. O modelo é implementado no COMPHEP, CALCHEP. FORM, etc Procura-se assinaturas e distribuições que caracterizem um determinado modelo. Hadronização e decaimentos com PYTHIA. Simulação rápida do detetor ATLAS. Se os resultados forem encorajadores faz-se a simulação completa do detetor ATLAS. Análise, comparação e discriminação detalhada dos resultados para diferentes modelos. Análise dos dados experimentais. 11

12 Física de Íons Pesados S NN =200 GeV Expansão do programa de pesquisa desenvolvido no RHIC RHIC: Au,Cu Extensa experiência em análise Colaboração pré-estabelecida (ISU, Brookhaven, Weizman, Columbia) ATLAS em íons pesados: Excelente cobertura (azimultal e rapidez) Calorimetria de alta segmentação (pre-sampler + seg. longitudinal no calorímetro eletromagnético) Inner tracker + espectrômetro de múons ZDC (em instalação) LHC: Pb S NN =5.5TeV Simulação HIJING + ATLSIM HIJING + ATHENA PYQUEN+ATHENA Programa de investigação Variáveis globais (dnch/dη, det/dη, multiplicidade total etc.) Supressão na produção de quarkonia ( ), ', J /, ' Tomografia de jatos Jet Quenching 12

13 Eletrônica e Instrumentação 13

14 Hough Transform in TileCal (First Implementation only one track) track with Minuit Hough space - XY projection HTXY HTZY cell energy weight θ ρ track with HT Hough space - ZY projection θ ρ 14

15 Eletrônica e Instrumentação Já foram produzidos, testados, burn-in, resistência a radiação 2500 placas no Brasil em colaboração com a induistria nacional. Fase de protótipos TileCal Muon Receiver Muon cosmic board L2 Trigger Ringer 15

16 Desenvolvimento de Software * ATLAS Equipament Traceability Web System * Web Interface for Shifters (WIS) * TileComm Analysis * Detector Control System (DCS) * Glance (data retrieval tool) * Monitoring & Calibration Web System (MCWS) * Data Quality Monitoring (DQM) 16

17 Formação de Recursos Humanos Dissertações: Final de curso: 20 (Engenharia Eletrônica e Computação) Mestrado: 5 Doutorado: 15 Locação: Petrobras, Embraer, CNEN, UFJF, UFSJ, UERJ, CEFETs, Indústria, Diversos Doutorados Sanduíche (CAPES, CNPq, HELEN, etc) Estágio internacional de graduação no CERN. 17

18 Detecção de Meteoros e Raios Cósmicos Usando Técnicas de RADAR

19 Colaboração Apresentação Colaboração O estudo apresentado é feito em Colaboração com BNL(Brookhaven National Laboratory) liderado pelo Dr. Hélio Takai que fez o doutorado aqui no IF. No Brasil estamos trabalhando no projeto DRACON(Detecção de RAios Cosmicos com ONdas electromagnéticas).

20 Pessoal: Fernando Marroquim (UFRJ) Jose Manoel de Seixas (COPPE-UFRJ) Tatiana da Silva (UFSC) Mauro Kyotoku (UFPB) Doutorando: Cristna Schoch(UFRJ) Iiniciação Científica 2 alunos UFRJ) Marta Maximo,Colegio de Aplicação UFRJ) Roberto Pimentel (CAP-UFRJ) Recebi hoje de uma escola do Ceará pedindo informações sobre o projeto com interesse em colaborar.

21 Método RMS (RADAR Parisítico).A antena receptora fica na sombra do sinal da antena transmissora. A receptora só detecta um sinal caso alguma coisa reflita o sinal para a receptora.

22 Eventos Detectáveis Essa alguma coisa pode ser: Aviões Meteoros Relâmpagos e Raios Nuvens Elétricamente Carregadas Fenômenos atmosféricos que produzam ionização. Raios Cósmicos ( ambiçaõ do projeto) OVNIs(??)???

23 Aparato Experimental Kit Inicial MicroComputador Um radio receiver controlado por microcomputador Uma placa de som de boa qualidade, 96kHz Um GPS Uma antena

24 Antenas É preciso fazer um estudo detalhado para as antenas.

25 Meteoros: Sinais

26 Vantagens do Método Independe das condições meteorológicas; Pode-se adquirir dados 24 horas por dia; Detecta-se meteoros a partir microgramas; Baixo custo do sistema; Fácil instalação; 6 2 Ampla área de cobertura ~ 10 km

27 A Experiência

28 Candidatos a RC Foram obtidos vários eventos de curta duração: As diferenças entre os sinais podem ser devido a diferenças de energia, ângulo de incidência ou altura dos chuveiros cósmicos.

29 Conclusão É um projeto de pesquisa experimental polivalente interdisciplinar, de pesquisa, de divulgação e de ensino. Tem condições de envolver de posdocs a alunos do ensino médio.

30 Raios cósmicos e aviões: R ~ 400 km.(na figura) Meteoros: alterar para R ~ 1000 km. Cobre-se todo o Brasil.

31 Grupo de Fenomenologia Partículas Elementares Anibal José Ramalho Fernando Marroquim Leão de Almeida Jr. José Antonio Martins Simões (COORDENADOR) Stenio Wulck Alves de Melo Yara do Amaral Coutinho José de Sá Borges (UERJ) Maria Aline Barros do Vale (UFSJ) PosDoc André Asevedo Nepomuceno PosDoc Helder Chavez Doutorando Elmer Ramirez Barreto Mestrando Leandro Ribeiro Pinto 2 Estudantes de IC

32 Tópicos de Estudo Standard model extensions Properties of new neutral and charged currents Flavor changing neutral currents (FCNC) Left-right symmetries Mass generation mechanisms Production and decay of new heavy fermions Spin 3/2 heavy leptons New charged and neutral gauge bosons Lepton number violation: Majorana neutrinos Production and decay of exotic particles Reaction processes in new colliders: p p (LHC), e+ e- (ILC), µ+µ-, foton-eletron, eletron-p

33 Forte Interação com o Grupo ATLAS. Diversos trabalhos do grupo estão sugeridos oficialmente pelo ATLAS para futura análise. TESES: Doutorado: 12 Mestrado: 06 Trabalhos Publicados: 39

34

35 BACKUP 35

36 Upgrades Eletrônica Sistema detector de raios cósmicos baseado no TILECAL e com transformada de Hough Sistema de visualização 3-D para calorimetria Estimador neural de energia. Integração do sinal de tôrre do TILECAL com o primeiro nível de trigger Desenvolvimento do sistema neuralringer para o trigger de segundo nível baseado em calorimetria Especificações para um sistema de trigger de primeiro nível baseado no sinal de múons provido pelo somador ativo de formação de torres de trigger do TILECAL. Especificação, projeto e testes dos sistemas de upgrade do TILECAL e de trigger. 36

37 Desenvolvimento de Software Desenvolvimento de uma API para operação de grande volume de dados recuperados através do sistema Glance Manutenção do sistema Glance (funcionalidades Between, Not Null, etc) Utilização desta API nos sistemas Tile-DCS-Web e ATLASDCS-Web Desenvolvimento das funcionalidades de LVPS, HV e Trip ON/OFF para o sistema Tile-DCS-Web Desenvolvimento de uma versão operacional do ATLAS-DCSWeb 37

38 Desenvolvimento de Software Manutenção do sistema TCWS (detailed comments, integração com o ELOG) Extensão do sistema TCWS, integrando Monitoring & Calibration Web System (MCWS) e Data Quality Management (DQM) Versão Operacional de um sistema Web para Monitorar o Comissionamento do Muon Manutenção do sistema DSS (Detector Safety System), utilizando o Glance Manutenção do sistema Glance Insertion/Update Integração das funcionalidades do Glance, oferecendo um menu único de fácil navegação. Desenvolvimento de novas funcionalidades do sistema Survey Data: visualização/cálculos/plots com os dados dos38 HLS Bedplates do ATLAS (monitorar o pavimento da caverna que

39 Desenvolvimento Software Desenvolvimento de de novas funcionalidades do sistema Survey Data: visualização/cálculos/plots com os dados dos HLS Bedplates do ATLAS (monitorar o pavimento da caverna que afundou devido ao peso do detector), utilizando o Glance Desenvolvimento do sistema ATLAS Equipments Tracking, para gerenciar os equipamentos que saem da caverna para sofrer alguma manutenção. Utilizando o Glance. 39

40 Desenvolvimento de desenvolvimento Software Dar continuidade ao do sistema ATLAS Operation Pages, que oferece através da Web, uma visão geral do estado da operação do ATLAS, incluindo informações sobre sua infra-estrutura e serviços (cryogenics, gas, cooling, etc). Estes dados são acessados por plantonistas na sala de controle, especialistas de cada subsistema e colaboradores do ATLAS, em geral. Atualmente, implementamos, funcionalidades para apresentar informacoes sobre Muon Gas distribution racks, Detector cooling plants, Cooling and Ventilation e Data Acquisition (DAQ). 40

41 Física p-p Metodologia: Procura-se limite experimentais para as constantes do modelo estudado. O modelo é implementado no COMPHEP, CALCHEP. FORM, etc Procura-se assinaturas e distribuições que caracterizem um determinado modelo. Hadronização e decaimentos com PYTHIA. Simulação rápida do detetor ATLAS. Se os resultados forem encorajadores faz-se a simulação completa do detetor ATLAS. Análise, comparação e discriminação detalhada dos resultados para diferentes modelos. Análise dos dados experimentais. 41

42 Eletrônica e Instrumentação TileCal Muon Receiver Motivation Upgrade of the trigger system Coincidence with muon spectrometer Problem: low SNR for the TileCal muon trigger signal To improve the SNR, the two muon signals from the same D cell should be summed on the receiver Muon signal time misalignement 42

43 Muon cosmic board Improve the signal-to-noise ratio by summing both readouts of the same D-cell (muon output) D0 is multiplied by 2, for signal gain equalization Feed the coincidence board as done by the transition board 43

44 Muon Receiver Proposed Prototype VME crate board Barrel signals (D0, D1, D2, D3) and extended barrel signals (D5, D6) per module, for the positive and negative eta range D0 cannot be summed (worse SNR). Gain should be equalized Due to cabling, negative and positive eta should be handled in different boards One board should receive 4 muon trigger connectors Processing 44 signals Perform the analog sum of the equivalent muon signals, as the cosmic muon board Feed the signal into a comparator, for triggering Provide a threshold adjustment by software Enable and disable channels by software 44

45 The Feature Extraction Based on ring sums RoI dimension reduction. Fixed events size (100). Physics interpretation maintained. Easy and fast to generate. Built over a 0.4 x 0.4 window in eta x phi for each calorimeter layer. Section EM HAD Layer PS EM1 EM2 EM3 HD1 HD2 HD3 Total # Rings

46 Eletrônica e Instrumentação L2 Trigger Ringer Algorithms GOALS Provide an electron / jet algorithm for the LVL2. Independent on the event s energy. Resilient to noise and missing data. High detection efficiency x Small false alarm. Fast to execute. Based in 2 sections: Feature extraction Hypothesis making 46