Studi sugli upgrade di Fase II di ATLAS: Dataflow e Muon System

The LHC will enter its High Luminosity phase (Phase II) in 2030, aiming to observe rare Standard Model processes and refine Higgs sector measurements. This phase targets an integrated luminosity of 3000–4000 fb⁻¹, requiring a fivefold increase in luminosity and a pile-up of around 200 collisions per bunch crossing. The ATLAS experiment will undergo several upgrades to meet these challenges. The focus of this thesis is on the Trigger and Data Acquisition (TDAQ) system and the New Small Wheel (NSW) in the Muon Spectrometer. The NSW upgrade will improve muon trigger efficiency while filtering out fake hits from background sources by incorporating advanced detectors. Data Quality (DQ) algorithms will monitor detector performance, and a study on segment track reconstruction efficiency showed promising results for improving the DQ Monitoring Framework. For the Phase-II TDAQ, the Dataflow system manages data exchange between key subsystems using asynchronous communication. The thesis evaluates the performance of the "asyncmsg" library, which is critical to handling the increased 1 MHz trigger rate and 4.6 TB/s data bandwidth. Improvements to the library doubled message rates and data bandwidth, reduced CPU usage, and proved scalable for Phase-II needs. Further testing will evaluate the library’s performance in complex environments before integration into the upgraded system, with the goal of deploying it during the next Long Shutdown.

L'LHC entrerà nella sua fase di Alta Luminosità (Fase II) nel 2030, con l'obiettivo di osservare processi rari del Modello Standard e affinare le misurazioni nel settore di Higgs. Questa fase mira a una luminosità integrata di 3000-4000 fb⁻¹, richiedendo un incremento di luminosità di cinque volte e un pile-up di circa 200 collisioni per collisione di pacchetti di protoni. L'esperimento ATLAS subirà diversi aggiornamenti per affrontare queste sfide. Il focus di questa tesi è sul sistema di Trigger e Acquisizione Dati (TDAQ) e sulla new Small Wheel (NSW) nello Spettrometro a Muoni. L'aggiornamento della NSW migliorerà l'efficienza del trigger dei muoni filtrando i falsi segnali di fondo grazie all'integrazione di rilevatori avanzati. Gli algoritmi di Qualità dei Dati (DQ) monitoreranno le prestazioni del rilevatore, e uno studio sull'efficienza della ricostruzione dei segmenti ha mostrato risultati promettenti per il miglioramento del Framework di Monitoraggio della Qualità dei Dati. In Fase II, il Dataflow dovrà gestire lo scambio di dati tra tutti i sottosistemi principali utilizzando una libreria per la comunicazione asincrona. La tesi valuta le prestazioni della libreria "asyncmsg", fondamentale per gestire l'aumento del tasso di trigger a 1 MHz e la larghezza di banda di 4,6 TB/s. Miglioramenti alla libreria hanno raddoppiato la velocità di invio dei messaggi e la larghezza di banda, ridotto l'uso della CPU, e dimostrato la scalabilità per le esigenze della Fase II. Ulteriori test valuteranno le prestazioni della libreria in ambienti complessi prima della sua integrazione nel sistema aggiornato, con l'obiettivo di implementarla durante il prossimo Long Shutdown.