Upgrade of the (barrel) muon trigger electronic system of the CMS experiment at CERN

Το σύστημα σκανδαλισμού του πειράματος “Συμπαγές Σωληνοειδές Μιονίων” (Compact Muon Solenoid, CMS) του Ευρωπαϊκού οργανισμού πυρηνικών ερευνών CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) αναβαθμίζεται συνεχώς έτσι ώστε να μπορεί να ανταπεξέλθει στην όλο και αυξανόμενη φωτεινότητα των αλληλεπιδράσεων αδρονιών. Η αναβάθμιση αυτή είναι προγραμματισμένο να γίνεται σε φάσεις, κατά τις οποίες το CMS διακόπτει την λειτουργία του. Οι φάσεις των αναβαθμίσεων του ηλεκτρονικού επιπέδου του συστήματος σκανδαλισμού (Level-1 Trigger, L1T) ξεκίνησαν το 2016 όπου και πραγματοποιήθηκε η πρώτη φάση αναβάθμισης. Το 2025 είναι προγραμματισμένο να συμβεί η δεύτερη φάση και στην συνέχεια ακολουθούν και άλλες φάσεις αναβαθμίσεων μετά το 2030. Τμήμα του πρώτου επιπέδου σκανδαλισμού (δηλαδή αυτού που απαρτίζεται από ηλεκτρονικές μονάδες επεξεργασίας) της πρώτης φάσης της αναβάθμισης του πειράματος CMS περιγράφεται στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή. Το κεντρικό ή βαρελοειδές σύστημα εύρεσης τροχιών μιονίων (Barrel Muon Track Finder, BMTF) αποτελεί το βασικό αντικείμενο που συνοψίζεται στις επόμενες ενότητες, οι οποίες συμπληρώνονται από την παρουσίαση εργασίας που αφορά και περισσότερα τμήματα του συστήματος σκανδαλισμού L1T. Έτσι εκτός από το BMTF παρουσιάζεται και εργασία που αφορά τρία συστήματα συλλογής και διανομής δεδομένων: TwinMux, Pre-Processing and Fan-out (CPPF) και AMC502. Καθώς επίσης και αξιολόγηση καλής λειτουργίας ηλεκτρονικών καρτών οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν στο σύστημα ελέγχου και διανομής χρονισμού (Timing and Control Distribution System, TCDS). Ο αλγόριθμος του BMTF αναπτύχθηκε με βάση αυτόν που λειτουργούσε έως το τέλος 2015 στο παλαιότερο σύστημα σκανδαλισμού το οποίο ονομάζεται Drift Tube Track Finder (DTTF). Στο νέο σύστημα, ο αλγόριθμος παρουσίασε ικανοποιητική απόδοση που επιβεβαιώθηκε μέσω συγκρίσεων που έγιναν με την απόδοση συστήματος απομίμησης του αλγόριθμου ανεπτυγμένου σε λογισμικό. Κατά την διάρκεια της συναρμολόγησης του συστήματος στο πείραμα εγκαταστάθηκαν ηλεκτρονικές κάρτες, οπτικές ίνες αλλά και οπτικά μέσα, τμήμα των οποίων αντικαταστάθηκε λόγω μη ικανοποιητικής λειτουργίας τους. Κατά τις πρώτες δοκιμές το σύστημα παρουσίασε προβλήματα τα οποία λύθηκαν μέσα στα χρονικά περιθώρια που είχαν τεθεί και έτσι το BMTF τέθηκε σε πλήρη λειτουργία πριν το πείραμα CMS επαναλειτουργήσει για το 2016.