Studio dell'impiego di informazione di trigger di primo livello ad alta frequenza per analisi di Fisica con l'esperimento CMS al CERN LHC

Trigger systems are fundamental components of particle physics experiments, enabling the online selection of relevant events while managing the large data f lowgenerated byhigh-energy collisions. This thesis explores the potential of the Level-1 Trigger (L1T) data in the Compact MuonSolenoid(CMS)experiment at the CERNLargeHadronCollider (LHC). In CMS,tocopewiththebandwidth andstorage limitations, only a subset of collision data is selected by the trigger system for acquisition and later processing. This strategy has proven effective over the years, but may introduce a selection bias and discards L1T information, which will becomemoreimportantthaneverwiththeupcomingCMSPhase-2 upgrade, where L1T data will nearly match the accuracy and precision of offline reconstruction. Toaddress this limitation, the Level 1 Data Scouting (L1DS) project imple ments the acquisition of L1T data at 40 MHz, the bunch-crossing frequency, independently of standard trigger decisions. By bypassing High Level Trigger (HLT) timing constraints, L1DS provides access to a broader event sample, bene f iting a range of studies including rare decays, low-mass resonances, long-lived particles, and detector performance analyses. This thesis contributes to the on going work for Run3scouting. The first chapters focus on the technical aspects of the CMStrigger system, the design and challenges of L1DS for the Phase-2 upgrade, and the current Run 3 scouting demonstrator. Later, three potential applications of scouting data are presented: a calibration analysis using cosmic muons,astudyofdetector response in the presence of halo muons, andanin depth investigation of L1T response for low-energy jets, along with techniques to enhance the quality of these physics objects.

I sistemi di trigger sono componenti fondamentali degli esperimenti di fisica delle particelle, consentendo la selezione online di eventi rilevanti mentre gestiscono il grande flusso di dati generato dalle collisioni ad alta energia. Questa tesi esplora il potenziale dei dati del Level-1 Trigger (L1T) nell'esperimento Compact Muon Solenoid (CMS) presso il Large Hadron Collider (LHC) del CERN. In CMS, per far fronte alle limitazioni di banda e archiviazione, solo un sottoinsieme dei dati di collisione viene selezionato dal sistema di trigger per l'acquisizione e la successiva elaborazione. Questa strategia si è dimostrata efficace nel corso degli anni, ma potrebbe introdurre un bias di selezione scartando informazioni L1T, che diventeranno più importanti che mai con il prossimo aggiornamento CMS Phase-2, dove i dati di L1T raggiungeranno quasi l'accuratezza e la precisione della ricostruzione offline. Per affrontare questa limitazione, il progetto Level 1 Data Scouting (L1DS) implementa l'acquisizione di dati L1T a 40 MHz, la frequenza di bunch crossing, indipendentemente dalle decisioni standard del trigger. Aggirando i vincoli temporali del High-Level Trigger (HLT), L1DS fornisce accesso a un campione di eventi più ampio, a beneficio di una serie di studi tra cui decadimenti rari, risonanze a bassa massa, particelle a lunga vita e analisi delle prestazioni del rivelatore. Questa tesi contribuisce al lavoro in corso per lo scouting di Run 3. I primi capitoli si concentrano sugli aspetti tecnici del sistema di trigger CMS, la progettazione e le sfide di L1DS per l'aggiornamento Phase-2, e l'attuale scouting demonstrator di Run 3. Successivamente, vengono presentate tre potenziali applicazioni dei dati di scouting: un'analisi di calibrazione utilizzando muoni cosmici, uno studio della risposta del rivelatore in presenza di muoni di 'halo', e un'indagine approfondita della risposta L1T per jet a bassa energia, insieme a tecniche per migliorare la qualità di questi oggetti fisici.