SC 2013 Valerie Halyo, A. Hunt, P. Jindal, P. LeGresley, P. Lujan, - - PowerPoint PPT Presentation
SC 2013 Valerie Halyo, A. Hunt, P. Jindal, P. LeGresley, P. Lujan, V. Karpusenko, A.Vladimirov 11/ 19 / 2013 11/18/13 vhalyo@gmail.com 1 Outline LHC Overview The experiments The accelerator The
SC 2013
Valerie Halyo, A. Hunt, P. Jindal, P. LeGresley, ¡P. Lujan, V. ¡Karpusenko, ¡ A.Vladimirov 11/ 19 / 2013
11/18/13 ¡ vhalyo@gmail.com ¡ 1 ¡
Ø The experiments Ø The accelerator Ø The Higgs Discovery
right time
Ø Method Ø Preliminary performance result
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Switzerland France
Geneva airport 6 m i l e s
11/19/13 ¡ valerieh@princeton.edu ¡ 3 ¡
Best time machine 10-12s after the big bang T= 1015K
World record center energy collision of 8 TeV The world’s most powerful microscope 10-19m
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The LHC is one of the largest and truly global scientific projects ever built to explore ¡the ¡new ¡energy ¡fronHer.
ALICE LHCb ATLAS CMS
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¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Peak ¡energy ¡[GeV] ¡ ¡ ¡ ¡length/Circumference ¡[m] ¡ ¡ ¡ ¡ ¡c ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Linac ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡0.12 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡30 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡0.3C ¡ ¡ ¡ PSB ¡ ¡ ¡ ¡ ¡1.4 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡157 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡91.6%C ¡ PS ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡25 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡628 ¡= ¡4 ¡PSB ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡99.9%C ¡ SPS ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡450 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡6,911 ¡= ¡11 ¡x ¡PS ¡ LHC ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡7000 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡26,657 ¡= ¡27/7 ¡x ¡SPS ¡
LEIR ¡ ¡ ¡ ¡ ¡PS ¡ SPS ¡ Booster ¡ LINACS ¡
LHC ¡
3 ¡ 4 ¡ 5 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 8 ¡ 1 ¡ 2 ¡
Ions ¡ protons ¡
Beam ¡1 ¡ Beam ¡2 ¡
TI8 ¡ TI2 ¡
Energy gain per machine is x10 to x20 because this is the typical useful range scale of magnets
Tunnel ¡ ¡ Diameter ¡3m, ¡Length ¡16 ¡miles ¡ 2 ¡billion ¡pounds ¡excavated ¡ SC dipoles: 5320F below room temp Colder & emptier than space
5 ¡
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20 MHz ~ 500 MHz ~10-5 Hz
Selection of 1 event in 10,000,000,000,000
4.0
1380x1380 bunches 1.15 1011 4 TeV 7 1033 cmcm-2 s-1
~ ¡35 ¡
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4th ¡July: ¡Melbourne ¡
Proton ¡Physics ¡run ¡extended ¡by ¡2.5 ¡months ¡
49 fb-1 All experiments In 2012
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As a layman, I think we have it. But as a scientist, I have to say, `What do we have?’” – R. Heuer
4th of July 2012 – New resonance the Higgs particle discovery
An excess in photon pairs near 125 GeV
9 ¡
Significance @ 125.4 GeV: 3.9 σ (3.5 exp.) Significance @ 126.5 GeV: 7.4 σ (4.1 exp.)
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Clear signal peak around 126 GeV
10 ¡
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Significance @ 124.3 GeV: 6.6 σ Significance @ 125.8 GeV: 6.7 σ
¡ ¡"The ¡beau)ful ¡new ¡results ¡represent ¡a ¡huge ¡ ¡effort ¡by ¡ many ¡dedicated ¡people. ¡They ¡point ¡to ¡the ¡new ¡par)cle ¡ having ¡the ¡spin-‑parity ¡of ¡a ¡Higgs ¡boson ¡as ¡in ¡the ¡Standard ¡
program ¡in ¡the ¡Higgs ¡sector," ¡said ¡ATLAS ¡spokesperson ¡ Dave ¡Charlton. ¡ ¡ “The ¡preliminary ¡results ¡with ¡the ¡full ¡2012 ¡data ¡set ¡are ¡ magnificent ¡and ¡to ¡me ¡it ¡is ¡clear ¡that ¡we ¡are ¡dealing ¡with ¡ a ¡Higgs ¡boson ¡though ¡we ¡s)ll ¡have ¡a ¡long ¡way ¡to ¡go ¡to ¡ know ¡what ¡kind ¡of ¡Higgs ¡boson ¡it ¡is.” ¡said ¡CMS ¡ spokesperson ¡Joe ¡Incandela. ¡
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=> This is not the end. It is not even the beginning of the end. But it is, perhaps, the end of the beginning. Winston Churchill
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going to the movie and seeing the movie unfold the story (SM) we all know by heart…
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Choose a physics program wisely
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We are constantly Improving..
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BUT How can we extend the physics reach at the LHC ?
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How do we select the most interesting events In the Trigger system.
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?....
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The Answer is : Parallel Processing and integration of accelerators
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The picture will be processed faster
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Allowing us to test various topologies in real time
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to reveal new physics
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Enhancing the trigger is the key to extending the physics program at the LHC!!!!
electroweak ¡symmetry ¡breaking ¡ and ¡fermion ¡mass ¡generaHon ¡or ¡ ¡ is ¡it ¡the ¡SM ¡Higgs ¡boson ¡? ¡
about ¡confinement? ¡ ¡
parHcles ¡is ¡there ¡a ¡hint ¡for ¡unificaHon ¡or ¡ should ¡ ¡we ¡abandon ¡ ¡the ¡idea ¡about ¡ parHcles ¡and ¡think ¡about ¡strings ¡
violaHon ¡
DM ¡and ¡baryonic ¡majer ¡imply ¡that ¡ baryogenesis ¡is ¡connected ¡to ¡dark ¡ majer ¡? ¡
parHcles ¡at ¡LHC ¡
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Up to you there is so little we know and potentially LHC can discover
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The answer to that :
possible or suppressed before!
Accelerators
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46m L x 25 W x 25 H 7000T 21m L x 15m W x 15m H 12,500T
CMS ¡ ATLAS ¡
Reconstruction of the path of the particle in the most hostile hadronic environment
interaction rate. At the moment we have 30 Interaction/BX after the shut down we have to be ready up to 100 Interaction /BX
tracks, each one reconstructed identically
We take pictures we can process at high lumi
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40MHz 106 Hz 1TB/s 102 -103 Hz Example: CMS DAQ Architecture We can comply with the Time budget of 100ms Per event
information
space to were it was never possible before
Potential solutions is equip the farm with improved and faster multi-core processors OR Heterogeneous system that integrate accelerators in the farm to to extend the physics reach in LHC
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Investigate on how to Enhance the L1 Trigger system with accelerators In order to parallel process the silicon pixel data for the first time in real time In addition, study the possibility of triggering on complicated topological configurations that include pixel and/or calo and/or muon
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Hugh opportunity!!!
In a magnetic field the motion of a charged particle is determined by the Lorentz force. For homogenous B field the trajectory is given by an helix
x s
( ) = x0 + R cos Φ0 + hscosλ
R ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ − cosΦ0 ⎡ ⎣ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ y s
( ) = y0 + R sin Φ0 + hscosλ
R ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ − sinΦ0 ⎡ ⎣ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ z s
( ) = z0 + ssinλ
λ is the dip angle and h is the sense of rotation
x − x0 + RcosΦ0
( )
2 + y − y0 + RsinΦ0
( )
2 = R2
The ¡projecHon ¡of ¡the ¡helix ¡in ¡the ¡transverse ¡plane ¡(x,y) ¡is ¡a ¡circle ¡
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Track ¡ ¡ Finder ¡(HT) ¡ Fijer ¡ Z0 ¡& ¡η ¡ PT(r) ¡& ¡phi ¡
Hough Transform (HT)
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X:Y plan with all the hits displayed ¡Hits ¡in ¡a ¡simulated ¡event ¡with ¡ curved ¡tracks. ¡ ¡Each ¡hit ¡results ¡in ¡a ¡curve ¡of ¡votes ¡in ¡ parameter ¡space. ¡LocaHons ¡with ¡many ¡ votes ¡are ¡likely ¡to ¡be ¡tracks ¡in ¡the ¡
¡Candidate ¡tracks ¡ idenHfied ¡from ¡finding ¡ local ¡maxima ¡in ¡ the ¡parameter ¡space. ¡
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Time performance of the tracking plus displaced jet detection algorithm using an NVIDIA Tesla K20c GPU. Ten percent of the tracks are associated with a displaced jet.
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Efficiency of displaced jet detection in the presence
the interaction point. There are a total of 3000 tracks, some of which make up a varying number of displaced jets.
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Efficiency of displaced jet detection with varying number of tracks per displaced jet.
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Speed up vs # threads 10k curved tracks 16 Hits /track used gsl /blas lib and OMP
Factor of 6 speed up
The system we used to run the test is Intel X5647 (Wesmere-EP Quad Core, 2.93GHz)
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The fitter is not a bottle neck and could be converted to use GPU easily using cbls lib instead
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Performance of the Hough transform algorithm on four platforms: (i) NVIDIA Tesla K20c, (ii) Intel i7-3770 CPU, (iii) dual-socket Intel Xeon E5-2697v2 CPU, and (iv) Intel Xeon Phi 7120P coprocessor, as a function of the number
event
finder algorithms we developed Ø It is promising for the highest conditions of pile up where we have 200 interactions per bunch crossing corresponding to 5000 tracks which can process in 25ms processing Ø This progress will also be beneficial to the Heavy Ion program, however, we need to study what is the lowest transverse momentum tracks we can find in order to enrich the program
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such as new vertex and Z triggers that could trigger on long lived particles never done before or help clean outliers in Z
prompt at the trigger allows to increase the phase space and extend the reach of new physics at the LHC
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LHC being the only game in town for the next 20 years and the Shutdown I for 2 years 2013/2014 We should therefore be very ambitious about the physics goals of this program as our success will reflect our thoughts Remarkable opportunity & Responsibility to improve the detector performance and in particular Accelerator based enhancement of the trigger to extend the physics reach at LHC by the next run Great optimism for imminent discoveries to come …
11/18/13 ¡ valerieh@princeton.edu ¡ 54 ¡
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Parallel Processing and integration of these new accelerators could be the computational revolution LHC has waited for to become the discovery machine after the Higgs era.
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To the NVIDIA and Colfax teams for their support and enthusiasm to advance basic science and open the way to new discoveries at the LHC