Data Analysis at CMS Level-1 Trigger Zhenbin Wu (University - PowerPoint PPT Presentation

Data ¡Analysis ¡at ¡CMS ¡Level-­‑1 ¡ Trigger Zhenbin ¡Wu (University ¡of ¡Illinois ¡at ¡Chicago) -­‑-­‑ On ¡behalf ¡of ¡the ¡CMS ¡Collaboration 8/2/17 DPF ¡2017 1

CMS ¡Trigger ¡System ~30MHz Detectors 100kHz Lvl-1 Frontend pipelines Readout buffers Switching network CMS ¡has ¡been ¡designed ¡with ¡a ¡2-­‑level ¡trigger ¡system 1kHz HLT Processor farms Level-­‑1 ¡trigger (L1): ¡fast ¡electronics • High ¡Level ¡Trigger ¡(HLT): ¡processor ¡farm • 8/2/17 DPF ¡2017 2

Challenge ¡from ¡LHC CMS ,ntegrated LumLnosLty, SS • After ¡LS1, ¡LHC ¡has ¡achieved ¡very ¡high ¡ DDtD included fUom 2010-03-30 11:22 to 2017-07-28 01:31 87C 60 60 luminosity 7otDO ,nteJUDted LumLnoVLty ( fb − 1 ) 2010, 7 7e9, 45.0 pb − 1 2011, 7 7e9, 6.1 fb − 1 • 2016: ¡1.5*10 34 cm -­‑2 s -­‑1 → ¡PU~48 50 50 2012, 8 7e9, 23.3 fb − 1 2015, 13 7e9, 4.2 fb − 1 • 2017: ¡expecting ¡2*10 34 cm -­‑2 s -­‑1 → ¡PU~56 2016, 13 7e9, 40.8 fb − 1 40 40 2017, 13 7e9, 8.9 fb − 1 30 30 20 20 • The ¡CMS ¡trigger ¡needs ¡to ¡maintain ¡and ¡ 10 10 improve ¡performance ¡while ¡keeping ¡the ¡rate ¡ × 50 0 0 U y n O J S t v c u S D u u e c o e J 2 A 0 J A 6 1 D 1 under ¡control 1 1 1 1 1 1 1 1 DDte (87C) CMS PeDk LuPLnosLty Per DDy, SS DDtD included fUom 2010-03-30 11:22 to 2017-07-28 01:31 87C 3eDk DelLveUed LuPLnoVLty ( Hz / nb ) 2010, 7 7e9, PDx. 203.8 Hz /µ b 2017 ¡has ¡ • 2011, 7 7e9, PDx. 4.0 Hz / nb 2012, 8 7e9, PDx. 7.7 Hz / nb 20 20 exceeded ¡2016 ¡ 2015, 13 7e9, PDx. 5.1 Hz / nb 2016, 13 7e9, PDx. 15.3 Hz / nb 2017, 13 7e9, PDx. 16.9 Hz / nb peak ¡luminosity 15 15 10 10 • Expecting ¡2017 ¡ peak ¡luminosity ¡ 5 5 at ¡20Hz/nb × 10 0 0 n n n n n n n D D D D D D D J J J J J J J 1 1 1 1 1 1 1 DDte (87C) 8/2/17 DPF ¡2017 3

Level-­‑1 ¡Trigger The ¡CMS ¡Level-­‑1 ¡trigger ¡system ¡has ¡been ¡fully ¡Phase ¡1 ¡upgraded ¡in ¡2016 8/2/17 DPF ¡2017 4

The ¡Level-­‑1 ¡Menu • The ¡bandwidth ¡allocated ¡per ¡trigger ¡ object ¡type ¡in ¡2016 ¡L1Menu for ¡ 10 34 cm -­‑2 s -­‑1 ¡ luminosity • Note : ¡fractions ¡are ¡inclusive ¡-­‑> ¡no ¡ attempt ¡to ¡correct ¡for ¡overlaps ¡ • Trigger ¡strategy ¡for ¡2017: ¡data ¡ analysis ¡at ¡Level-­‑1 ¡trigger • Object ¡matching ¡with ¡offline ¡ reconstruction ¡ • More ¡sophisticated ¡trigger ¡ algorithm ¡matching ¡to ¡offline ¡ data ¡analysis A. ¡Tapper, ¡ICHEP2016 8/2/17 DPF ¡2017 5

L1 ¡e/ɣ in ¡2017 Dynamic ¡clustering ¡improved ¡energy ¡containment ¡ • and ¡resolution Cluster ¡shape ¡veto: • • Discriminate ¡e/ɣ from ¡jets ¡using ¡cluster ¡ shape ¡and ¡EM ¡energy ¡fraction Cluster ¡energy ¡calibrated ¡with ¡LUT • Isolation ¡re-­‑optimized ¡for ¡2017 ¡scenarios • High ¡p T isolation ¡WP ¡for ¡single ¡e/ɣ trigger • • Low ¡p T isolation ¡WP ¡for ¡cross ¡trigger CMS Preliminary -1 -1 221 pb (2016) + 53 pb (2017) (13 TeV) a.u. 0.08 γ L1 e/ candidates 2017 data 0.07 2016 data 0.06 0.05 Updated ¡calibration ¡ 0.04 improved ¡energy ¡resolution, ¡ 0.03 comparing ¡to ¡2016 0.02 0.01 0 − − − − − 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 L1 offline offline (E - E )/E T 8/2/17 DPF ¡2017 T 6 T

L1 ¡e/ɣ in ¡2017 -1 -1 -1 -1 CMS Preliminary CMS Preliminary 221 pb (2016) + 53 pb (2017) (13 TeV) 221 pb (2016) + 53 pb (2017) (13 TeV) Efficiency Efficiency 1 1 L1 Single EG Threshold: 38 GeV + isolation 0.8 0.8 0.6 0.6 L1EG(X) OR L1EGIso(X-2) OR L1EGIsoEr(X-4) <PU> = 24 0.4 0.4 2017 Data Z -> ee 2017 Data, X=40 in GeV unit e p >35 GeV 2016 Data T 0.2 0.2 2016 Data, X=42 in GeV unit <PU> = 24 0 0 20 40 60 80 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 n E [GeV] vtx T • New ¡isolation ¡WP ¡improved ¡e/ɣ • Isolation ¡and ¡H/E ¡retuned ¡for ¡2017 ¡ efficiency ¡with ¡respect ¡to ¡2016 condition • Two ¡curves ¡at ¡same ¡trigger ¡rate • Better ¡turn ¡on ¡at ¡same ¡trigger ¡rate 8/2/17 DPF ¡2017 7

L1 ¡Muon ¡in ¡2017 L1 ¡muon ¡p T > ¡25 ¡GeV Improved ¡muon ¡efficiency ¡w.r.t 2016: RPC ¡added ¡to ¡both ¡barrel ¡and ¡end-­‑cap ¡track ¡finder • • Retuned ¡the ¡muon ¡p T assignment 8/2/17 DPF ¡2017 8

Level-­‑1 ¡Global ¡Trigger • It ¡is ¡implemented ¡in ¡ μTCA technology ¡with ¡ large ¡FPGAs • It ¡receives ¡and ¡ synchronizes ¡inputs, ¡ and ¡issues ¡the ¡L1 ¡ trigger ¡decisions • High ¡flexibility ¡in ¡trigger ¡ menu ¡design • It ¡supports ¡analysis-­‑like ¡ conditions, ¡such ¡as ¡ invariant ¡mass, ¡ transverse ¡mass ¡ 8/2/17 DPF ¡2017 9

The ¡Vector ¡Boson ¡Fusion ¡Process A ¡Higgs ¡boson ¡can ¡be ¡produced ¡from ¡the ¡ • fusion ¡of ¡the ¡two ¡vector ¡bosons The ¡Higgs ¡boson ¡decay ¡products ¡are ¡often ¡ • located ¡in ¡the ¡central ¡of ¡the ¡detector The ¡outgoing ¡quarks ¡producing ¡high-­‑p T jets ¡ • in ¡the ¡forward ¡region ¡of ¡the ¡detector, ¡ forming ¡large ¡angular ¡separation ¡and ¡large ¡ invariant ¡mass The ¡VBF ¡topology ¡allows ¡selecting ¡region ¡of ¡phase ¡space ¡with ¡excellent ¡signal ¡to ¡ background ¡ratio, ¡is ¡one ¡of ¡the ¡most ¡sensitive ¡categories ¡for ¡the ¡SM ¡H→ 𝜐𝜐 analysis 8/2/17 DPF ¡2017 10

The ¡VBF ¡Trigger ¡Strategy • At ¡least ¡one ¡jet ¡with ¡E T > ¡X • At ¡least ¡two ¡jets ¡with ¡E T > ¡Y • In ¡the ¡collection ¡of ¡jets ¡with ¡E T > ¡Y, ¡at ¡least ¡a ¡pair ¡with ¡m jj > ¡Z -1 CMS CMS Preliminary 6.3 pb (13 TeV) Preliminary (13 TeV) Rate reduction factor Efficiency 2016 Data 0.82 2016 Simulation 1 → τ τ ZeroBias <PU> = 55 VBF H 0.81 0.8 0.8 lead jet at least 1 online jet with E > X GeV T sub jet 0.79 at least 2 online jets with E > 35 GeV 0.6 T and m > 620 GeV jj 0.78 0.4 0.77 0.76 0.2 lead jet at least 1 online (offline) jet with E > X (X') GeV 0.75 T sub jet at least 2 online (offline) jets with E > 35 (45) GeV T and m > 620 (720) GeV jj 0.74 0 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 40 60 80 100 120 lead jet lead jet E online [GeV] E offline [GeV] T T At ¡X=90GeV, ¡a ¡~95% ¡rate ¡reduction ¡for ¡only ¡~5% ¡efficiency ¡loss ¡is ¡achieved ¡ 8/2/17 DPF ¡2017 11

The ¡VBF ¡H→ 𝜐𝜐 • A ¡dedicated ¡hadronic ¡ 𝜐𝜐 algorithm ¡designed ¡for ¡SM ¡H→ 𝜐𝜐 analysis • It ¡selects ¡events ¡with ¡a ¡pair ¡of ¡ 𝜐 with ¡p T >32GeV ¡with ¡a ¡ 14kHz ¡allocated ¡trigger ¡bandwidth ¡at ¡Level-­‑1 CMS CMS Preliminary (13 TeV) Preliminary (13 TeV) Events/2.5 GeV Events/40 GeV Only VBF selection Only VBF selection 400 1000 Only DiTau selection Only DiTau selection DiTau AND VBF DiTau AND VBF 350 With ¡VBF ¡trigger, ¡ 800 2016 Simulation 2016 Simulation 300 ~60% ¡gain ¡in ¡ → τ τ → τ τ VBF H VBF H acceptance ¡for ¡an ¡ 250 600 acceptable ¡ 200 400 increase ¡in ¡rate. 150 100 200 50 0 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 τ sub offline m [GeV] offline p [GeV] jj T 8/2/17 DPF ¡2017 12

Summary • The ¡CMS ¡level-­‑1 ¡trigger ¡system ¡is ¡fully ¡commissioned ¡in ¡2016 • New ¡calibration ¡and ¡tuning ¡improved ¡object ¡performance ¡in ¡ 2017 ¡data ¡taking – While ¡keeping ¡both ¡rate ¡and ¡pileup ¡dependence ¡under ¡ control • Further ¡exploit ¡new ¡functionalities ¡from ¡L1 ¡global ¡trigger, ¡which ¡ support ¡new ¡trigger ¡algorithms – Bringing ¡analysis-­‑like ¡condition ¡down ¡to ¡CMS ¡Level-­‑1 ¡trigger ¡ system 8/2/17 DPF ¡2017 13

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