Développement d'un système DAQ pour l'acquisition des neutrinos provenant de l'effondrement de cœur supernovae dans les détecteurs lointains de l’expérience DUNE

Development of DAQ system for theacquisition of neutrino bursts from corecollapse supernovae in a DUNE far detector

• Auteur / Autrice : Quentin David
• Direction : Dario Autiero, Vyacheslav Galymov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 05/05/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Guo Neng Lu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dario Autiero, Vyacheslav Galymov, Giovanna Lehmann Miotto, Stefano Russo, Marie-Laure Gallin-Martel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Giovanna Lehmann Miotto, Stefano Russo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acquisition automatique des données

Oscillations des neutrinos

Expérience DUNE

Supernovae

Mots clés libres

Neutrino

DUNE

Supernova

FPGA

Compression/Décompression

Trigger primitives

Système d'acquisition de données

Neutrino

Supernova

FPGA

Data Acquisition System

Trigger primitives

Compression/Decompression

DUNE

Résumé

L'objectif principal de l'expérience DUNE est de réaliser une étude poussée des oscillations de neutrinos sur de longues distances et de rechercher une violation de CP dans le secteur des neutrinos. Le détecteur, qui contient environ 40 kton d'argon liquide, a également une excellente sensibilité pour détecter les neutrinos provenant de sources astrophysiques telles que les neutrinos provenant de l'effondrement d’un noyau de supernova (SNa). Cet objectif physique supplémentaire impose des défis au système d'acquisition de données et de trigger de DUNE, qui doit être capable de détecter les neutrinos d'une explosion de supernova sur une fenêtre de temps de l'ordre de 10 secondes et de traiter un flux de données très important. Ce travail contribue à étudier les solutions possibles pour la conception des éléments de base du système back-end d'acquisition de données, capable de répondre aux exigences liées au déclenchement des SNa et de s'interfacer avec le système front-end développé à l'IP2I pour un module du détecteur lointain de DUNE. Plus précisément, son objectif est de réduire le flux de données global de ce module en temps réel tout en ne manquant aucun événement physique potentiellement intéressant. Pour réaliser ces traitements en temps réel, des cartes FPGA avec des interfaces réseaux ont été utilisées. Deux études principales ont été réalisées au cours de cette thèse : - La compression en ligne juste après la numérisation des canaux et la décompression en ligne afin de pouvoir effectuer d'autres traitements sur les données brutes avant leur stockage. - La recherche en ligne de trigger primitives, qui sont des indicateurs d'activité à l'intérieur du détecteur et les premières étapes pour la définition du trigger des SNa. Le manuscrit reprend tous les résultats obtenus et les détaille en 6 chapitres.

The main goal of the DUNE experiment is to perform an ultimate study of neutrino oscillations over long distances and to search for CP violation in the neutrino sector. The experiment, containing about 40 kton of liquid argon, has also excellent sensitivity to detect neutrinos from astrophysical sources such as neutrino bursts from core collapse supernova (SNa). This additional physics goal introduces challenging aspects in the DUNE data acquisition/trigger system, which should be able of detecting neutrinos from a Supernova burst over a time window of the order of 10 seconds and dealing with a very large dataflow. This work is contributing to study possible solutions for the design of the basic elements of the data acquisition back-end system, capable of dealing with the requirements related to the SNa trigger and interfacing with the front-end system developed at IP2I for a DUNE far detector module. In more details, its aim is to reduce the overall dataflow from this module in real time while not missing any potentially interesting physics event. To realize these real time treatments, FPGA boards with network interfaces have been used. Two main studies were performed during this thesis: • Online compression right after the channel digitization and online decompression in order to be able to do other treatments on the raw data before them being stored. • Online search for trigger primitives, which are indicators of activity inside the detector and the first steps for the definition of the SNa trigger. The manuscript includes all the results obtained and details them in 6 chapters.