title: Interfacing the L1 global trigger of the CMS experiment at LHC with physics
Creators: name: Wagner, Philipp
Publisher: name: :none
Year: 2010

description: Der Large Hadron Collider (LHC) am europäischen Kernforschungszentrum in Genf (CH) wurde gebaut, um die letzten noch offenen Fragen des Standard Modells der Teilchenphysik zu beantworten und soll gleichzeitig die Pforten für eine Physik jenseits des Standard Modells öffnen, da er es erlaubt, noch nie zuvor erreichte Energiebereiche zu untersuchen. Der LHC liefert eine relativ groÿe Datenmenge bei jeder Kollision und produziert Kollisionen mit einer Frequenz von 40 MHz. Um mit dieser groÿen Rate an Ereignissen zurechtzukommen, sind die Experimente am LHC mit einem sogenanntem Trigger System ausgestattet, welches die vom physikalischen Standpukt aus betrachtet interessanten Ereignisse von Hintergrundereignissen trennt, die keine neue Information liefern. Das Trigger System am CMS Experiment besteht aus insgesamt zwei Einheiten, einem L1-Trigger, welcher ein komplexes elektronisches System darstellt und einem High-Level Trigger, der im wesentlichen aus einer groÿen Computerfarm besteht. Hauptaufgabe des L1-Triggers ist es, die Frequenz von 40 MHz auf 100 kHz zu reduzieren, was der maximalen Inputrate für den High-Level Trigger entspricht. Er muss die Rate an Ereignissen also um einen Faktor von 107 reduzieren. Herzstück des L1-Triggers ist der Globale Trigger, der über eine in weiten Teilen frei programmierbare Logikeinheit verfügt, welche mit komplexen Algorithmen bestückt werden kann, die Daten mit zuvor definierten Auswahlkriterien vergleichen und deren Resultate darüber entscheiden, ob ein Ereignis zum High-Level Trigger weitergeleitet wird, oder ob es unwiederbringlich verworfen wird. Das Hauptziel dieser Diplomarbeit war es, eine Schnittstelle zu entwickeln, die es ermöglicht, diese Physikalgorithmen zu entwickeln und somit eine einfache Anpassung der Logik Einheit des Globalen Triggers an aus der Physik kommende Anforderungen erlaubt. Weiter müssen alle Informationen über das im Einsatz befindliche logische Setup des Triggers in der CMS Konfigurationsdatenbank gespeichert werden, damit sie für eine weitere Datenanalyse zugänglich sind. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es, Triggerraten während der Anfangsphase des CMS Experiments zu analysieren, da sich während dieses Zeitraums die Luminosität des Beschleunigers, welche einen starken Einfluss auf die L1-Triggerraten hat, ständig erhöht. Die Steigerung der Luminosität erfolgt zum einen durch eine Eröhung der Anzahl der Teilchen in den im Orbit zirkulierenden Teilchenpaketen und anderseits durch Erhöhung der Anzahl dieser Pakete selbst. Für einen reibungslosen Betrieb des Experiments ist es wichtig, den Zusammenhang zwischen Luminosität und Triggerrate abschätzen zu können, damit die L1-Triggerrate immer unter der maximalen Inputrate für den High-Level Trigger gehalten wird, was durch ein zusätzliches Herunterskalieren (Prescaling) von bestimmten Algorithmen erreicht werden kann. Weiter wurden auch die Raten einzelner Algorithmen analysiert und Korrelationen zwischen einzelnen Algorithmen untersucht, da diese Informationen hilfreich beim Abschätzen der Faktoren sind, um die einzelne Algorithmen herunterskaliert werden müssen.
description: The Large Hadron Collider at CERN, Geneva, Switzerland was designed to answer the last open questions of Standard Model of particle physics and is expected to open the doors for the discovery of new physics beyond the SM since it allows to investigate energy scales, that have not been accessed so far. It produces a relatively huge amount of data at each collision and delivers collisions with a frequency of 40 MHz. To deal with this data the experiments at Large Hadron Collider are equipped with a trigger system which separates the events that are interesting from a physicist's point of view from the huge amount of background events, that do not carry new information. At the CMS experiment the trigger system consists of two parts, the hardware-based Level-1 Trigger and a software-based High-Level Trigger. The latter can only deal with an input rate of 100 kHz, therefore the Level-1 Trigger has to reduce the event rate by a factor of 10^{7}. The core of the Level-1 Trigger System is the Global Trigger that provides a largely programmable logic system which can deal with complex algorithms consisting of physics objects and decides whether an event is forwarded to the High-Level Trigger or irrecuperably discarded. The goal of this thesis was to develop an interface within the existing CMS software infrastructure to generate these physics algorithms and make the logic unit of the Global Trigger easily adaptable to any physics requirements. The information about the logic in use must also be recorded in the CMS configuration database in order to make it accessible by the High-Level Trigger and for further data analysis.