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This content will become publicly available on December 1, 2025

Title: Operation and performance of the ATLAS tile calorimeter in LHC Run 2
Abstract The ATLAS tile calorimeter (TileCal) is the hadronic sampling calorimeter covering the central region of the ATLAS detector at the Large Hadron Collider (LHC). This paper gives an overview of the calorimeter’s operation and performance during the years 2015–2018 (Run 2). In this period, ATLAS collected proton–proton collision data at a centre-of-mass energy of 13 TeV and the TileCal was 99.65% efficient for data-taking. The signal reconstruction, the calibration procedures, and the detector operational status are presented. The performance of two ATLAS trigger systems making use of TileCal information, the minimum-bias trigger scintillators and the tile muon trigger, is discussed. Studies of radiation effects allow the degradation of the output signals at the end of the LHC and HL-LHC operations to be estimated. Finally, the TileCal response to isolated muons, hadrons and jets from proton–proton collisions is presented. The energy and time calibration methods performed excellently, resulting in good stability and uniformity of the calorimeter response during Run 2. The setting of the energy scale was performed with an uncertainty of 2%. The results demonstrate that the performance is in accordance with specifications defined in the Technical Design Report.  more » « less
Award ID(s):
2310094
PAR ID:
10613361
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Springer
Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
84
Issue:
12
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of Instrumentation)
    Abstract The ATLAS detector is installed in its experimental cavern at Point 1 of the CERN Large Hadron Collider. During Run 2 of the LHC, a luminosity of  ℒ = 2 × 1034cm-2s-1was routinely achieved at the start of fills, twice the design luminosity. For Run 3, accelerator improvements, notably luminosity levelling, allow sustained running at an instantaneous luminosity of  ℒ = 2 × 1034cm-2s-1, with an average of up to 60 interactions per bunch crossing. The ATLAS detector has been upgraded to recover Run 1 single-lepton trigger thresholds while operating comfortably under Run 3 sustained pileup conditions. A fourth pixel layer 3.3 cm from the beam axis was added before Run 2 to improve vertex reconstruction and b-tagging performance. New Liquid Argon Calorimeter digital trigger electronics, with corresponding upgrades to the Trigger and Data Acquisition system, take advantage of a factor of 10 finer granularity to improve triggering on electrons, photons, taus, and hadronic signatures through increased pileup rejection. The inner muon endcap wheels were replaced by New Small Wheels with Micromegas and small-strip Thin Gap Chamber detectors, providing both precision tracking and Level-1 Muon trigger functionality. Trigger coverage of the inner barrel muon layer near one endcap region was augmented with modules integrating new thin-gap resistive plate chambers and smaller-diameter drift-tube chambers. Tile Calorimeter scintillation counters were added to improve electron energy resolution and background rejection. Upgrades to Minimum Bias Trigger Scintillators and Forward Detectors improve luminosity monitoring and enable total proton-proton cross section, diffractive physics, and heavy ion measurements. These upgrades are all compatible with operation in the much harsher environment anticipated after the High-Luminosity upgrade of the LHC and are the first steps towards preparing ATLAS for the High-Luminosity upgrade of the LHC. This paper describes the Run 3 configuration of the ATLAS detector. 
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  2. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of Instrumentation)
    Abstract The operation and performance of the Compact Muon Solenoid (CMS) electromagnetic calorimeter (ECAL) are presented, based on data collected in pp collisions at √s=13 TeV at the CERN LHC, in the years from 2015 to 2018 (LHC Run 2), corresponding to an integrated luminosity of 151 fb-1. The CMS ECAL is a scintillating lead-tungstate crystal calorimeter, with a silicon strip preshower detector in the forward region that provides precise measurements of the energy and the time-of-arrival of electrons and photons. The successful operation of the ECAL is crucial for a broad range of physics goals, ranging from observing the Higgs boson and measuring its properties, to other standard model measurements and searches for new phenomena. Precise calibration, alignment, and monitoring of the ECAL response are important ingredients to achieve these goals. To face the challenges posed by the higher luminosity, which characterized the operation of the LHC in Run 2, the procedures established during the 2011–2012 run of the LHC have been revisited and new methods have been developed for the energy measurement and for the ECAL calibration. The energy resolution of the calorimeter, for electrons from Z boson decays reaching the ECAL without significant loss of energy by bremsstrahlung, was better than 1.8%, 3.0%, and 4.5% in the |η| intervals [0.0,0.8], [0.8,1.5], [1.5, 2.5], respectively. This resulting performance is similar to that achieved during Run 1 in 2011–2012, in spite of the more severe running conditions. 
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  3. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, The European Physical Journal C)
    Abstract The energy response of the ATLAS calorimeter is measured for single charged pions with transverse momentum in the range $$10 
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  4. (, Instruments)
    FASER, or the Forward Search Experiment, is a new experiment at CERN designed to complement the LHC’s ongoing physics program, extending its discovery potential to light and weakly interacting particles that may be produced copiously at the LHC in the far-forward region. New particles targeted by FASER, such as long-lived dark photons or axion-like particles, are characterised by a signature with two oppositely charged tracks or two photons in the multi-TeV range that emanate from a common vertex inside the detector. The full detector was successfully installed in March 2021 in an LHC side tunnel 480 m downstream from the interaction point in the ATLAS detector. FASER is planned to be operational for LHC Run 3. The experiment is composed of a silicon-strip tracking-based spectrometer using three dipole magnets with a 20 cm aperture, supplemented by four scintillator stations and an electromagnetic calorimeter. The FASER electromagnetic calorimeter is constructed from four spare LHCb calorimeter modules. The modules are of the Shashlik type with interleaved scintillator and lead plates that result in 25 radiation lengths and 1% energy resolution for TeV electromagnetic showers. In 2021, a test beam campaign was carried out using one of the CERN SPS beam lines to set up the calibration of the FASER calorimeter system in preparation for physics data taking. The relative calorimeter response to electrons with energies between 10 and 300 GeV, as well as high energy muons and pions, has been measured under various high voltage settings and beam positions. The measured calorimeter resolution, energy calibration, and particle identification capabilities are presented. 
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  5. ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; et al (, Journal of Instrumentation)
    Abstract A description is presented of the algorithms used to reconstruct energy deposited in the CMS hadron calorimeter during Run 2 (2015–2018) of the LHC. During Run 2, the characteristic bunch-crossing spacing for proton-proton collisions was 25 ns, which resulted in overlapping signals from adjacent crossings. The energy corresponding to a particular bunch crossing of interest is estimated using the known pulse shapes of energy depositions in the calorimeter, which are measured as functions of both energy and time. A variety of algorithms were developed to mitigate the effects of adjacent bunch crossings on local energy reconstruction in the hadron calorimeter in Run 2, and their performance is compared. 
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