ATLAS Detector Status and Physics Startup Plans
Martine Bosman
ATLAS探测器的状态前不久启动的LHC。概述了探测器调试的进展情况以及早期物理分析的计划。
The status of the ATLAS detector shortly before the start-up of the LHC is presented. The progress in the commissioning of the detector, as well as plans for early physics analysis are outlined.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Streamlined Calibrations of the ATLAS Precision Muon Chambers for Initial LHC Running
ATLAS μ子谱仪的设计是为了测量μ子的动量，在100 GeV和1 TeV的动量下，分辨率分别为dp/p = 3%和10%。为了完成这项任务，光谱仪使用了355，000个排列在1200个腔室中的连续漂移管（MDT）。校准（RT）功能将漂移时间测量值转换为以管为中心的碰撞参量，用于轨道段重建。RT功能取决于MDT环境参数，因此必须针对当地灭菌室条件进行适当校准。我们报告的创建和应用的气体监测系统为基础的校准程序的μ子轨道重建在LHC启动阶段。
Overview of ATLAS forward proton detectors for LHC Run 3 and plans for the HL-LHC
本文概述了ATLAS罗马罐探测器（AFP和ALFA）在第二次长停机期翻新改进后用于LHC Run 3的状态，并介绍了HL-LHC的未来计划。
Recent results of the ATLAS Upgrade Planar Pixel Sensors R&D Project
ATLAS探测器必须在本十年结束时进行重大更新，以承受大型强子对撞机高亮度升级所产生的占用率增加和辐射损害。在本报告中，我们概述了ATLAS内部探测器升级的平面像素传感器的最新研发成果。
Planar Pixel Sensors for the ATLAS tracker upgrade at HL-LHC
ATLAS平面像素传感器研发项目是17个研究所和80多名科学家的合作项目。他们的目标是探索高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）跟踪器升级的平面像素传感器的操作。本文总结了n-in-n和n-in-p像素传感器与ATLAS FE-I3和FE-I4读出芯片凸点键合的辐射研究成果。摘要包括放射源测试结果和从测试束测量中提取的跟踪效率。${2\cdot10^{16}} \text{n}_{\text{eq}}\text{cm}^{-2}$和${1\cdot10^{16}} \text{n}_{\text{eq}}\text{cm}^{-2}$（$1 \text{MeV}$中子当量）辐照的n-in-n和n-in-p模块的分析结果证实了平面像素传感器的操作用于未来应用。
Selected results from the static characterization of edgeless n-on-p planar pixel sensors for ATLAS upgrades
鉴于LHC的高亮度阶段（HL-LHC）升级，ATLAS实验计划用全硅系统取代内部探测器。n-on-p技术代表了大多数层的模块的有效解决方案，因为该选项具有显著的抗辐射性和降低的成本。还有人要求将非活动区减少到最低限度。ATLAS LPNHE巴黎小组和FBK Trento开始合作开发一种新型的n-on-p无边平面像素设计，该设计基于深沟槽工艺，可以满足所有这些需求。本文报道了选定的结果，从电气特性，辐照前后，测试结构的第一批生产。
Recent progress of the ATLAS Planar Pixel Sensor R&D Project
预计LHC的亮度升级（到2021年峰值亮度增加5-10倍）对ATLAS跟踪器在高亮度时代（HL-LHC）的技术构成了严重的限制。事实上，这种亮度增加导致跟踪检测器的占用和辐射损坏增加。为了研究像素传感器是否适用于升级后的跟踪器，ATLAS平面像素传感器研发项目由17个研究所和80多名科学家组成。研究的主要领域是在最高通量的平面像素传感器的性能，探索降低成本的可能性，使仪器的大面积，实现超薄或积极的边缘设计，以提供低几何效率低，而不需要叠瓦的模块和调查的操作高度辐照传感器在低阈值，以提高效率。在下文中，我将介绍该小组的结果，主要涉及辐照设备的性能，以及对新传感器的研究，包括详细的模拟。
Electrical Characterization of a Thin Edgeless N-on-p Planar Pixel Sensors For ATLAS Upgrades
鉴于LHC向高亮度LHC（HL-LHC）的升级阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。由于其抗辐射性和成本效益，n-on-p硅技术是一个有前途的候选人，大面积像素探测器。本文报告的联合开发，由LPNHE和FBK的新型n-on-p无边缘平面像素传感器，利用有源沟槽的概念，减少在设备的外围死区。在讨论了传感器技术，并提出了一些传感器的模拟结果，一个完整的概述所生产的设备的电气特性。
Planar Pixel Sensors for the ATLAS Upgrade: Beam Tests results
介绍了针对ATLAS可插入B层和高亮度LHC（HL-LHC）升级的平面硅像素传感器束流测试结果。测量包括空间分辨率，电荷收集性能和相邻电池之间的电荷共享作为不同散装材料的轨道入射角的函数。测量的n-in-n像素传感器作为一个函数的注量为不同的照射。此外，测试了来自几个供应商的具有略微不同布局的p型硅传感器。所有测试的传感器通过凸点接合连接到ATLAS Pixel读出芯片。我们表明，n型和p型测试平面传感器能够收集显着的电荷，即使在HL-大型强子对撞机预期的综合注量。
Performance of Irradiated Thin Edgeless N-on-P Planar Pixel Sensors for ATLAS Upgrades
鉴于LHC向高亮度LHC（HL-LHC）的升级阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。由于其抗辐射性和成本效益，n-on-p硅技术是一个有前途的候选人，大面积像素探测器。本文报告的联合开发，由LPNHE和FBK的新型n-on-p无边缘平面像素传感器，利用有源沟槽的概念，减少在设备的外围死区。在讨论传感器技术后，将讨论几个辐照样品的电气特性的完整概述。将对正在组装的探测器模块发表一些评论，并最终概述一些计划。
Novel Silicon n-on-p Edgeless Planar Pixel Sensors for the ATLAS upgrade
考虑到LHC向HL-LHC的升级阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。由于其抗辐射性和成本效益，n-on-p硅技术是像素升级的一个有前途的候选者，这允许扩大像素探测器的面积。我们报告在FBK（特伦托，意大利）制造的新型n中p无边缘平面像素传感器的发展，利用“主动边缘”的概念，在设备的外围死区的减少。在讨论了传感器技术和制造工艺后，我们提出了针对不同传感器配置进行的器件模拟（照射前和照射后）。第一个初步结果与生产的测试结构。
Thin n-in-p planar pixel sensors and active edge sensors for the ATLAS upgrade at HL-LHC
采用在CiS生产的有源厚度为200 $μ$ m的n-in-p平面传感器和在芬兰的VTT生产的100-200 $μ$ m薄有源/薄边缘传感器器件的硅像素模块已经与ATLAS FE-I3和FE-I4读出芯片互连。薄传感器是专为高能物理对撞机实验，以确保在高通量辐射硬度。此外，VTT生产的有源边缘技术最大化了组件的敏感区域，从而减少了靠近束管的像素层中模块的重叠。CiS生产还包括四个芯片传感器，根据计划用于在HL-LHC运行的升级ATLAS像素探测器外层的模块几何形状。该模块的特点是在实验室中使用放射源和高精度的测量，在束流测试，调查在不同的偏置电压和粒子入射角的命中效率和电荷收集性能。不同的传感器厚度和边缘设计的性能进行了比较之前和之后的辐照高达$1.4\times10^{16}n_{eq}/cm^{2}$的能量密度。
Investigation of thin n-in-p planar pixel modules for the ATLAS upgrade
鉴于大型强子对撞机（HL-LHC）的高亮度升级计划于2023-2025年左右开始，ATLAS实验将更换内部探测器。更高的亮度意味着更高的辐射水平，因此需要更高的辐射硬度，特别是在像素系统的内层。n-in-p硅技术是一个很有前途的候选人，仪器这一地区，也由于其成本效益，因为它只需要一个单面处理，而不是目前在LHC实验中采用的n-in-n像素技术。此外，薄的传感器被发现，以确保在高通量的辐射硬度。概述了最近的结果，没有照射和照射的n-in-p平面像素模块。重点将放在最近在ADVCAM生产的有源厚度为100和150 um的n-in-p平面像素传感器上。为了最大化传感器的有效面积，实现了纤细和有效的边缘。这些模块的性能进行了调查，在梁测试和边缘效率的结果将显示。
Triplet assembly and certification of the new generation of RPC for the ATLAS phase-2 upgrade at Max Planck Institute
针对ATLAS phase-2升级开发了由三个1毫米气间隙组成的新一代RPC三联件，慕尼黑MPI通过建立宇宙射线测试站进行组装与认证，以确保探测器质量控制与性能表征。
Performance of the ATLAS Liquid Argon Calorimeter after three years of LHC operation and plans for a future upgrade
ATLAS实验旨在研究欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）产生的质子-质子碰撞。液氩取样量热计用于所有的电磁量热以及端盖中的强子量热。在2004- 2006年安装之后，在2009年第一次碰撞之前的三年时间里，使用宇宙射线和单个LHC光束，对量热计进行了广泛的调试。从那时起，在前所未有的质心能量下收集了大约27 fb $\mathbf{^{-1}}$的数据。在所有这些阶段中，量热计及其电子设备几乎一直处于最佳状态，性能非常接近规格。本文涵盖了这些头几年业务的所有方面。在发现难以捉摸的希格斯玻色子的背景下，特别提出了所取得的优异性能。未来的计划，以保持这种性能，直到LHC计划结束也提出。
ATLAS Muon Detector Commissioning
ATLAS μ子谱仪由几个主要部件组成：用于精确测量μ子弯曲平面的平行漂移管，在高η区由阴极条室补充;分别用于筒和端盖区的触发和第二坐标测量的电阻板室和薄间隙室;一个光学对准系统，用于跟踪所有腔室的相对位置;最后，世界上最大的空心磁环系统。我们将描述使用宇宙射线的μ介子系统的状态和调试，以及使用早期束的调试计划。
The ATLAS upgrade program
在2010-2012年LHC首次成功运行后，计划正在积极推进一系列升级，最终在大约十年内达到设计亮度的两倍以上。更大的光度将允许对刚刚发现的希格斯玻色子进行精确测量，并继续寻找超越标准模型的新物理。处理高瞬时和积分亮度将是一个巨大的挑战，ATLAS探测器，将需要在大多数的子系统，特别是那些在低半径和大的伪快度，以及在其触发架构的变化。本文总结了在未来十年内巩固并尽可能提高当前探测器物理性能的计划。
System Integration of ATLAS ITK Pixel DCS ASICs
本文介绍ATLAS二期升级中ITK像素探测器DCS ASIC的系统集成，涵盖MOPS-HUB硬件、FPGA固件规格、集成计划及辐照计划。
Development of Edgeless n-on-p Planar Pixel Sensors for future ATLAS Upgrades
据报道，FBK（意大利特伦托）正在开发n-on-p“无边缘”平面像素传感器，旨在升级大型强子对撞机（HL-LHC）高亮度阶段的ATLAS内部探测器。该器件的一个特征是通过采用基于深蚀刻沟槽的“有源边缘”技术来减少边缘处的死区，适当掺杂以与衬底形成欧姆接触。该项目提出，随着积极的边缘过程中，传感器设计，这第一个n-on-p生产和选择的模拟结果，包括预期的电荷收集效率辐射通量后的$1 \times 10^{15} {\rm n_{eq}}/{\rm cm}^2$相比，预计在HL-大型强子对撞机（约十年的运行，与3000 FB $^{-1}$的积分亮度）的外部像素层。我们表明，照射后，在500 V的偏置电压，超过50%的信号应收集在边缘区域，这证实了有效的边缘方法的有效性。
The ATLAS Trigger System Commissioning and Performance
ATLAS触发器已经非常成功地用于收集碰撞数据，在2009年和2010年LHC运行在质量中心的能量为900 GeV，2.36 TeV和7 TeV。本文介绍了正在进行的工作，委托ATLAS触发器与质子碰撞，包括广泛的在线运行的基础上的触发器的性能的概述。我们描述了触发器如何随着LHC亮度的增加而发展，并简要概述了即将到来的LHC运行计划。
ATLAS Experiment Pixel Detector Upgrades
ATLAS实验像素探测器升级计划的重点是新技术的开发，包括FE-I4读出集成电路。利用这项新技术的第一个升级项目是将于2013年安装在更换束管上的“可插入B层”（IBL）像素探测器。IBL将安装在内部，不会改变现有的ATLAS像素探测器。然而，正在研究在2018年用基于FE-I4芯片和新机械结构的质量更低、性能更高的仪器取代像素全探测器的可能性。
ATLAS upgrades for the next decades
在2010-2012年LHC在质心能量为7和8 TeV的成功运行之后，计划正在积极推进一系列加速器的升级，从现在开始大约十年后的高亮度LHC（HL-LHC）项目中达到高潮，提供五倍于LHC标称瞬时亮度的亮度水平。最终目标是在2035年左右将ATLAS和CMS的数据集从大约几百fb $^{-1}$扩展到3000 fb $^{-1}$。与此同时，实验需要与加速器保持同步，以适应这十年超过标称光度的运行。ATLAS目前的规划设想在LHC合并期间对探测器进行重大升级，以达到LHC的全部能量并进一步升级。应对HL-LHC瞬时和积分亮度以及相关辐射水平的挑战需要对ATLAS探测器进行进一步的重大更改。这些设计正在迅速发展，用于新的全硅跟踪器，量热计和μ子系统的重大升级，以及改进的触发器和数据采集。这份报告总结了各种改进的ATLAS探测器需要应付预期的演变LHC光度在这十年和未来。
Characterization of Novel Thin N-in-P Planar Pixel Modules for the ATLAS Inner Tracker Upgrade
ATLAS实验将对跟踪器系统进行重大升级，考虑到LHC（HL-LHC）的高光度阶段将于2026年开始运行。像素检测器的最内层将面临最严峻的挑战，其将必须承受高达$1.4\times10^{16}\,$ n $_\text{eq}$ /cm $^{2}$的辐射通量。薄平面像素模块是有希望的候选人，仪器这些层，由于小的材料预算和高的电荷收集效率照射后。厚度为$100-200\,μ$ m的传感器与FE-I4读出芯片互连，其特征在于具有放射源以及CERN SPS和DESY的测试束。在电荷收集和命中效率方面，比较了被照射到高达$5\times 10^{15}\,$ n $_\text{eq}$ /cm $^{2}$的能量密度的传感器的性能。高度分段的传感器是在HL-LHC的像素系统的前向区域中的跟踪的一个挑战。为了在高伪快速性下再现$50$ x $50\,μ$ m $^2$像素的性能，在相对于短像素方向的高入射角（$80^\circ$）下的射束测试中在照射之前和之后研究FE-I4兼容平面像素传感器。将显示聚类形状和命中效率的结果。
Expected performance of the upgrade ATLAS experiment for HL-LHC
大型强子对撞机（LHC）已经成功地提供了前所未有的质心能量为13 TeV的质子-质子碰撞数据。计划进行一次升级，以提高大型强子对撞机提供的瞬时光度，即所谓的HL-LHC，旨在每次实验提供总计3000 fb $^{-1}$至4000 fb $^{-1}$的数据。为了应对预期的数据采集条件，ATLAS计划对探测器进行升级。ATLAS协作组制作了六份技术设计报告（TDR）。在这些TDR的物理动机和这种升级的好处一起讨论的升级项目本身的细节。在这篇文章中，我们回顾了升级后的ATLAS探测器的预期性能和物理测量的预期范围，以及预计在HL-LHC数据采集结束时发现新物理的潜力。将显示在预期堆积条件下的对象重建的性能，包括完全重新优化的$b$标记算法。重要的基准物理预测，包括二-希格斯玻色子玻色子生产的敏感性将被讨论。
Achievements of the ATLAS Upgrade Planar Pixel Sensors R&D Project
为了扩展LHC的物理范围，计划对加速器进行升级，将积分亮度提高到3000 fb^-1以上，并将每个束流交叉的堆积提高5到10倍。为了应对不断增加的占用和辐射损伤，ATLAS实验计划在HL-LHC升级中引入全硅内部跟踪器。为了研究像素传感器是否适用于升级后的跟踪器，ATLAS升级平面像素传感器研发项目（PPS）由19个研究所和80多名科学家组成。主要的研究领域是性能评估的平面像素传感器与不同的设计和基板厚度高达HL-LHC的注量，实现超薄或主动边缘，以提供低几何效率，而无需叠瓦的模块和探索的可能性，降低成本，使仪器的大面积。本文概述了该研发项目的最新成果和正在进行的工作。
Performance of Edgeless Silicon Pixel Sensors on p-type substrate for the ATLAS High-Luminosity Upgrade
鉴于LHC向高亮度LHC（HL-LHC）的升级阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。由于n-on-p硅技术具有抗辐射性和成本效益，因此它是实现大面积配备像素传感器的有希望的候选技术。本文报道了FBK-CMM生产的新型n-on-p无边缘平面像素传感器的性能，该传感器利用有源沟槽来减少器件外围的死区。在讨论了传感器技术之后，将给出第一束测试结果的概述。
Performance of irradiated thin n-in-p planar pixel sensors for the ATLAS Inner Tracker upgrade
ATLAS合作将用新的全硅像素和条带系统取代其跟踪探测器。这将允许应对在LHC加速器复合体（HL-LHC）的亮度增加5倍后预期的更高辐射和占用水平。在新的跟踪检测器（ITk）中，具有增加的粒度的像素模块将实现以保持具有更高轨道密度的占用。此外，构成混合模块的传感器和读出芯片将采用相对于本像素检测器的更多抗辐射技术来生产。由于它们在抗辐射方面的出色性能，薄n-in-p传感器是有希望的候选者，可以用于新像素系统的一部分。将介绍最近生产和开发的新设计传感器。为了在互连到芯片之前测试传感器，已经实施了穿通偏置结构。它的设计已经过优化，以减少可能观察到的跟踪效率损失。辐照后，它们是由穿通偏置结构引起的。设计与ATLAS FE-I4芯片兼容的传感器，其像素尺寸为50 × 250 $\mathrmμ$ m $^{2}$，细分为30 × 30 $\mathrmμ$ m $^{2}$尺寸的较小像素植入物，以研究HL-LHC预见的50 × 50 $\mathrmμ$ m $^{2}$像素单元的性能。利用束流测试和瞬态电流技术获得了50 × 250和50 × 50 $\mathrmμ$ m $^{2}$像素单元在效率、电荷收集和电场特性方面的传感器性能的结果。
Mapping the in-plane electric field inside irradiated diodes
ATLAS探测器第二阶段升级的一个重要方面是用ATLAS内部跟踪器（ITk）替换当前的内部探测器。ATLAS ITk是一种全硅探测器，由像素跟踪器和条带跟踪器组成。ITk条带跟踪器的传感器已经开发出来，以承受欧洲核子研究中心大型强子对撞机高亮度升级后ATLAS探测器中的高辐射环境，这将显着增加粒子碰撞和产生粒子轨迹的速率。在ATLAS探测器中运行期间，ITk条带跟踪器的传感器预计会累积高达1.6 x 10^15 n_eq/cm ^2的注量（包括安全系数1.5），这将显著影响其性能。高辐射传感器的一个感兴趣的特性是其有效区域内的电场的形状和均匀性。对于本文所示的结果，具有与全尺寸ATLAS传感器相似的边缘结构的二极管被辐照至与ATLAS ITk条带跟踪器中的通量相当的通量，并且使用微聚焦X射线束（束直径2 × 3 μm^2）绘制其电场。这项研究表明，在一个范围内的偏置电压的高度辐照二极管内的电场的延伸和形状。此外，耗尽的传感器区域的轮廓的测量允许将针对不同注量的测量的漏电流与针对对应的有源区域的期望进行比较。
Characterisation of novel thin n-in-p planar pixel modules for the ATLAS Inner Tracker upgrade
鉴于大型强子对撞机（HL-LHC）的高亮度阶段将于2026年左右开始运行，ATLAS实验的跟踪系统的重大升级正在筹备中。预计中子当量注量可达2.4 * 1 e16 1 MeV neq./在像素检测器的最内层处的cm 2构成了最严峻的挑战。由于其低材料预算和高电荷收集效率照射后，薄平面像素传感器制成的模块是有前途的候选人，这些层的仪器。为了优化传感器布局以减小50 * 50 μm2的像素单元尺寸，正在进行TCAD器件模拟以研究照射前后的电荷收集效率。此外，厚度为100-150 μm的传感器与FE-I4读出芯片互连，该芯片采用上一代像素单元尺寸为50 * 250 μm2，并在CERN-SPS和DESY设施中使用测试光束进行了表征。各种设计的传感器的性能，辐照通量高达1 * 1 e16 neq./ cm 2，在电荷收集和命中效率方面进行比较。在HL-LHC的寿命期间，可以预见两个最里面的像素层的替换。更换需要几个月的干预，在此期间，其余的探测器模块无法冷却。将它们保持在室温下，从而引起退火。辐照模块的性能将用试验束运动和在较高温度下加速退火的方法进行研究。
ATLAS Upgrade for the HL-LHC: meeting the challenges of a five-fold increase in collision rate
随着LHC在7 TeV成功收集数据，计划正在积极推进一系列升级，最终导致大约10年后的高亮度LHC（HL-LHC）项目中LHC设计亮度的五倍。处理高瞬时和积分亮度将需要对ATLAS探测器进行许多更改。这些设计正在迅速发展，包括一个全新的内部跟踪器，量热计和μ子系统的重大变化，以及改进的触发器。本文总结了在HL-LHC的预期环境和各种改进的ATLAS探测器的状态。
Measurements and TCAD simulation of novel ATLAS planar pixel detector structures for the HL-LHC upgrade
LHC加速器复合体将在2020-2022年之间升级为高亮度LHC，以大大增加各种物理分析的统计数据。为了在这些具有挑战性的新条件下运行，并保持在轨道重建和顶点定位方面的出色性能，ATLAS像素检测器必须进行大幅升级，并预计将进行全面更换。通过在洁净室中对测试结构进行表征以及使用技术计算机辅助设计（TCAD）进行模拟，优化了新型像素设计的处理技术。讨论了一种研究通过像素器件的非垂直轨迹的方法。比较TCAD模拟与二次离子质谱（SIMS）测量，以调查结构的掺杂分布和验证模拟过程。
Track-Based Alignment of the Inner Detector of ATLAS
ATLAS是LHC的一个多用途实验。ATLAS的跟踪系统，嵌入在一个2 T的螺线管领域，是由不同的技术：硅平面传感器（像素和微带）和漂移管。用于调整ATLAS跟踪器的程序和使用在2010年和2011年期间使用LHC质子-质子碰撞运行在7 TeV的数据记录的对齐的结果。校准的验证是通过测量校准观测值以及许多其他物理观测值，特别是在很宽的质量范围内的共振不变质量。来自Z和W的电子的E/p分布也被广泛使用。结果表明，经实际数据对准后，对准常数的精度可达5 μm左右。由于对准引起的系统误差对物理结果的影响正在研究之中。
Modeling Radiation Damage to Pixel Sensors in the ATLAS Detector
硅像素探测器是目前ATLAS探测器及其计划升级的核心。由于探测器最接近相互作用点，它们将暴露在大量的辐射中：在HL-LHC之前，最内层将接收超过$10^{15}$ 1 MeV $n_\mathrm{eq}/\mathrm{cm}^2$的通量，HL-LHC探测器升级必须应对在其寿命期间集成的更高数量级的通量。本次演讲首次提出了一个数字化模型，其中包括对ATLAS Pixel传感器的辐射损伤效应。在对设置进行全面描述之后，基本像素簇属性的预测与运行2碰撞数据的第一次验证研究一起呈现。
ATLAS hardware-based Endcap Muon Trigger for future upgrades
LHC预计将在2022年至2024年的第三次运行中将其质心能量从13 TeV增加到14 TeV。在运行3之后，计划对高亮度LHC（HL-LHC）计划进行升级，并将于2027年开始运行，将瞬时亮度提高到其标称亮度的5.0 - 7.5倍。计划对ATLAS触发系统进行持续升级，以应对高事件率并保持物理接受度。在运行3之前的长关机期间，将安装新的探测器以提高触发性能。从运行3中引入了新的触发逻辑，结合了位于磁场外部的探测器和安装在磁场内部的新探测器的信息，以降低触发率。为了处理来自各种探测器的数据，开发了一种新的触发处理器板，并介绍了其设计。在HL-LHC的升级过程中，计划对第一级硬件部分的触发和读出系统进行升级。全粒度信息将被传输到触发处理器板，这使得在基于硬件的系统中能够进行更像离线的轨迹重建。为了处理全粒度信息并执行基于硬件的航迹重建，触发处理器板将实现具有数百对收发器和巨大存储器资源的FPGA。还将介绍运行3和HL-LHC中基于硬件的端盖μ子触发器的预期性能。
Planar n-in-n quad module prototypes for the ATLAS ITk upgrade at HL-LHC
为了满足高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）的要求，有必要更换ATLAS实验的现有跟踪器。因此，正在开发一种新的全硅跟踪探测器，即所谓的内部跟踪器（ITk）。四芯片模块的使用旨在其像素区域。这些模块由一个硅传感器和四个读出芯片组成。当前的ATLAS像素检测器由平面n-in-n硅像素传感器组成。类似的传感器和四个FE-I4读出芯片被组装成平面n-in-n四模块的第一个原型。这些模块的研究的主要焦点是读出芯片之间的区域，特别是所有四个读出芯片之间的中心区域。传感器上放置了特殊的像素单元，覆盖了读出芯片之间的间隙。这方面的贡献集中在非辐照设备的特性，包括重要的传感器特性，电荷收集确定与放射源以及命中效率测量，在实验室和在testbeams。此外，辐照装置的第一实验室结果。
Prototype ATLAS IBL Modules using the FE-I4A Front-End Readout Chip
ATLAS合作将升级其半导体像素跟踪探测器，在现有的像素探测器和大型强子对撞机的真空管之间安装一个新的可插入B层（IBL）。该位置的极端工作条件需要开发新的辐射硬像素传感器技术和新的前端读出芯片FE-I4。平面像素传感器和3D像素传感器已被研究，以装备这种新的像素层，并使用FE-I4 A原型模块已被制造和表征，使用120 GeV的π介子在欧洲核子研究中心SPS和4 GeV的正电子在DESY，模块照射前后。给出了束流测试结果，包括电荷收集效率、跟踪效率和电荷共享。
Performance of New High-Precision Muon Tracking Detectors for the ATLAS Experiment
正在进行和计划进行的ATLAS μ子探测器升级的目标是提高对精确μ子动量测量和触发的接受程度，并提高μ子室在高背景区域的速率能力，以适应LHC亮度的增加。小直径μ子漂移管（sMDT）室已开发用于这些目的。由于漂移管直径为当前ATLAS μ子漂移管（MDT）腔室的一半，漂移管直径为30 mm，其他操作参数不变，sMDT腔室具有MDT的所有优点，但具有大约一个数量级的更高速率能力，并且可以安装在MDT腔室不适合的检测器区域中。ATLAS探测器脚部区域的12个腔室的建造已经完成，以便在2016/17冬季关闭大型强子对撞机时安装。ATLAS μ子谱仪升级的目的是提高三点μ子轨道测量的可接受性，从而大大提高有关区域的μ子动量分辨率。
Thin n-in-p planar pixel modules for the ATLAS upgrade at HL-LHC
ATLAS实验将对跟踪系统进行重大升级，因为预计LHC（HL-LHC）的高亮度阶段将于2025年左右开始。薄的平面像素模块是有希望的候选人，仪器新的像素系统，由于减少的贡献，材料预算和高电荷收集效率照射后。新的设计的像素单元，具有优化的偏置结构，已实现在n-in-p平面像素生产与传感器厚度为270微米。使用束流测试，在命中效率的增益作为接收到的辐照注量的函数进行了研究。未来的薄平面像素传感器的生产前景将进行讨论，重点是薄传感器的厚度为100和150 μ m和一种新的设计与优化的偏置结构和小像素单元（50 μ m × 50 μ m和25 μ m × 100 μ m）。这些尺寸是预见到的新的ATLAS读出芯片在65纳米CMOS技术和精细分割将代表在HL-LHC的像素系统的前向区域中的跟踪的挑战。为了预测50 μ m × 50 μ m像素在高eta下的性能，在相对于短像素方向的高入射角下的射束测试中，在照射之前和之后研究了FE-I4兼容平面像素传感器。将显示簇形状、电荷收集和命中效率的结果。
ATLAS Upgrade Instrumentation in the US
在未来十年中，计划对大型强子对撞机进行升级，使其能够在质心能量为14 TeV的条件下运行，瞬时亮度范围为5--7e34 cm^-2 s^-1。利用这些参数，ATLAS可以在大约10年内收集到3，000 fb^-1的数据。然而，获取这些数据的条件比LHC目前遇到的条件要苛刻得多。例如，每束团交叉的质子-质子相互作用的数量将从2012年观察到的每50 ns交叉20- 30个增加到每25 ns 140- 200个。为了加深我们对新发现的希格斯玻色子的理解，并将我们对物理学的研究扩展到新粒子之外，ATLAS探测器，触发器和读出器将不得不进行重大升级。在本白皮书中，我们描述了ATLAS在LHC预见的最高亮度下继续有效运行所需的研发。重点放在美国机构发挥主导作用的研发工作上。
Heavily Irradiated N-in-p Thin Planar Pixel Sensors with and without Active Edges
我们提出的硅像素模块采用n在p平面传感器的有源厚度为150 $\mathrmμ$ m，在MPP/HLL生产的，和100-200 $\mathrmμ$ m薄的有源边缘传感器设备，在芬兰VTT生产的表征的结果。这些薄传感器被设计为在HL-LHC上运行的ATLAS像素探测器升级的候选者，因为它们确保了高通量下的辐射硬度。它们与ATLAS FE-I3和FE-I4读出芯片互连。此外，n-in-p技术仅需要单侧处理，因此它是目前在LHC实验中采用的n-in-n像素技术的具有成本效益的替代方案。在CERN SpS和汉堡DESY对这些装置进行了高精度的束流试验测量。我们研究了这些传感器在不同的偏置电压和不同的光束入射角的行为，最大的一个预期的新的插入B层的ATLAS和HL-LHC探测器。与150 $\mathrmμ$米薄传感器，组装新的ATLAS FE-I4芯片和照射高达4 $\times$ 10 $^{15}\mathrm{n}_{\mathrm{eq}}/\mathrm{cm}^2$的注量，获得的结果表明，他们是很好的候选人更大的半径的硅像素跟踪器的升级的ATLAS探测器在HL-LHC。此外，VTT器件的有源边缘技术最大限度地提高了传感器的有效面积，并减少了材料预算，以满足最内层的要求。VTT模块的边缘像素性能进行了研究，在束流测试实验和分析后，辐照高达5 $\times$ 10 $^{15}…
ATLASrift - a Virtual Reality application
我们提出ATLASrift -一个虚拟现实应用程序，提供了一个互动的，身临其境的访问ATLAS实验。我们设想它以两种不同的方式使用：首先作为教育和推广工具-学校，大学，博物馆和感兴趣的个人，其次作为ATLAS物理学家的事件查看器-对他们来说，它将提供更好的事件，轨道和喷射方向，占领和与探测器结构的相互作用的空间意识。使用它，人们可以从整体上了解实验，访问单个子探测器，查看真实的相互作用，或者进行脚本演练，解释物理学家试图回答的问题。我们简要介绍了我们选择的平台- OculusRift VR系统，开发环境- UnrealEngine，并详细介绍了为提供舒适的用户体验而必须满足的众多技术要求。未来版本的计划包括通过添加多用户/虚拟存在选项，事件动画，关键高能物理概念的交互式虚拟演示或探测器操作原理来使体验社交化。
The ATLAS pixel detector
经过十年的规划和建设阶段，ATLAS像素探测器即将完成，并计划于2007年集成到ATLAS探测器中，以获取第一次LHC碰撞的数据。建设的概述，特别强调一些主要的和最近遇到的问题和解决。
Development of Edgeless Silicon Pixel Sensors on p-type substrate for the ATLAS High-Luminosity Upgrade
鉴于LHC的高亮度阶段（HL-LHC）升级，ATLAS实验计划用全硅系统取代内部探测器。n-in-p块体技术代表了大多数层的模块的有效解决方案，考虑到该选项的显著抗辐射性和降低的成本。仪表外层所需的大面积将需要平铺传感器，每个传感器边界处的低效区域需要减小到最小尺寸的解决方案。本文报道了ATLAS LPNHE巴黎集团和FBK Trento的一个联合研发项目，该项目基于FTK提供的深沟槽工艺，设计了一种新型的n-in-p无边平面像素。
Novel Silicon n-in-p Pixel Sensors for the future ATLAS Upgrades
鉴于LHC升级到HL-LHC的阶段，ATLAS实验计划用全硅系统升级内部探测器。n-in-p硅技术是像素升级的一个有前途的候选者，这要归功于它的辐射硬度和成本效益，这允许扩大像素探测器的面积。我们提出了新的n-in-p平面像素传感器的特性和性能，由CiS（德国）通过凸点键合连接到ATLAS读出芯片FE-I3。这些结果是在10^16 1-MeV n_eq/cm ^2能量密度辐照前后获得的，证明了这种传感器在HL-LHC像素系统所预见的恶劣辐射环境中的可操作性。我们还概述了新的像素生产，这是正在进行的CiS的传感器兼容新的ATLAS读出芯片FE-I4。
Recent Results of the ATLAS Upgrade Planar Pixel Sensors R&D Project
为了应对更高的占有率和辐射损伤在HL-LHC也将升级LHC实验。ATLAS平面像素传感器研发项目（PPS）是一个由17个机构和80多名科学家组成的国际合作项目，旨在探索在这种情况下使用平面像素传感器的可行性。根据半径，不同的像素概念进行了研究，使用实验室和光束测试测量。在小半径的极端辐射环境和强大的空间限制，解决了非常薄的像素传感器的有效厚度在（75-150）微米的范围内，以及超薄的发展，以及积极的边缘。在更大的半径上，主要的挑战是降低成本，以允许在（7-10）平方米的大面积上进行测量。为了实现这一目标，像素生产正在转移到6英寸生产线，并研究更具成本效益和工业化的互连技术。此外，采用n-in-p技术，由于它依赖于单面工艺，因此需要较少的生产步骤。介绍了方案与项目支助方案内最近取得的成就。电荷收集和效率方面的性能，在实验室和束测试中获得的放射源，是由连接到当前的ATLAS芯片FE-I3或新的可插入B层芯片FE-I4的不同供应商的传感器构建的设备。的设备，与75 μ m和300 μ m之间变化的厚度，照射到几个能量密度高达2 e16 neq/cm。最后，不同的方法遵循内部的合作，以实现苗条或积极的优势。
ATLAS IBL: a challenging first step for ATLAS Upgrade at the sLHC
随着LHC在7 TeV收集数据，计划已经推进了一系列升级，最终导致大约10年后的高亮度LHC（HL-LHC）项目中LHC设计亮度的五倍。ATLAS探测器的升级将为HL-LHC做准备。像素探测器的第一次升级将是建造一个新的像素层，该层将在2013-14年LHC机器首次关闭期间安装。新的探测器称为可插入B层（IBL），将安装在现有的像素探测器和半径为3.2厘米的新的更小半径的光束管之间。IBL将需要开发几种新技术，以应对增加的辐射和像素占用，并通过减少像素尺寸和更严格的材料预算来提高物理性能。两种不同的和有前途的硅传感器技术（平面n-in-n和3D）目前正在调查的IBL。IBL模块的设计和这些传感器技术的资格的概述在此过程中。本文还总结了HL-LHC对ATLAS探测器的改进。
Modelling radiation damage to pixel sensors in the ATLAS detector
硅像素探测器是目前和计划中的大型强子对撞机ATLAS实验升级的核心。由于它们非常接近相互作用点，这些探测器在其寿命期间将暴露在前所未有的辐射量下。目前的像素探测器将受到超过$10^{15}$ 1 MeV ${n}_{eq}/{cm}^2$的非电离辐射的损害，而为高亮度LHC设计的像素探测器必须应对更大数量级的通量。本文提出了一个数字化模型，考虑辐射损伤的影响，像素传感器。详细描述了该模型，并将电荷收集效率和洛伦兹角的预测与2015年至2017年收集的碰撞数据（$\leq 10^{15}$ 1 MeV ${n}_{eq}/{cm}^2$）进行了比较。
Optimization of thin n-in-p planar pixel modules for the ATLAS upgrade at HL-LHC
ATLAS实验将在2025年左右进行，鉴于LHC（HL-LHC）的高亮度阶段，将用新的5层像素系统替换跟踪系统。薄的平面像素传感器是有希望的候选人，仪器的新的像素系统的最里面的区域，由于减少的贡献，材料预算和高电荷收集效率照射后。传感器的厚度为50-150 $μ$ m，互连到FE-I4读出芯片，其特征在于与放射源和束流测试。特别地，已经研究了有源边缘传感器。两个不同版本的边缘设计的性能进行了比较：第一个与偏置环，第二个只有一个浮动保护环已实施。还研究了在$10^{15}$ \neqcm的能量密度下辐照后边缘处的命中效率。高度分段的传感器将代表在HL-LHC像素系统的前向区域中的跟踪的挑战。为了在高伪快度值下再现50 × 50 $μ$ m $^2$像素的性能，在相对于短像素方向的高入射角下的射束测试中在照射之前和之后研究了FE-I4兼容平面像素传感器。在这种配置中的命中效率的结果进行了讨论，为不同的传感器厚度。
The Certification of ATLAS Thin Gap Chambers Produced in Israel and China
薄间隙室（TGCs）用于大型强子对撞机实验ATLAS前区的μ子触发系统。TGC由保持在正高压下的紧密间隔的导线的平面组成，夹在电阻接地的阴极平面之间，阳极导线到阴极平面的间隙距离小于导线到导线的间距。TGCs预计将提供一个触发信号内的25 ns的LHC加速器的聚束间距，效率超过95%，而暴露于有效的光子和中子的背景范围从30到500 Hz/cm 2。在3,600台ATLAS TGCs中，约有2,500台由以色列魏茨曼研究所和中国山东大学生产。一旦安装在ATLAS探测器中，TGC将不可访问。因此，在生产现场实施了严格的生产质量控制计划。此外，在腔室完成后，实施了一项全面的质量保证计划，以确保腔室在LHC高速率环境中运行十多年期间的有效性能。该计划包括使用宇宙射线对探测器响应的详细绘图，以及使用高速率辐射源检查腔室行为。介绍了在串联气体连接中对五个腔室进行的老化试验。最后，在ATLAS安装前，在欧洲核子研究中心进行的室认证测试的结果进行了说明。
Radiation Hard 3D Silicon Pixel Sensors for use in the ATLAS Detector at the HL-LHC
高亮度LHC（HL-LHC）升级需要ATLAS探测器的计划内跟踪器（ITk）能够承受极高的辐射剂量。具体地，像素系统的最里面的部分将必须承受高于$1\times10^{16}$ $n_{eq}cm^{-2}$的辐射通量。与传统的平面像素传感器相比，新型3D硅像素传感器提供了优异的辐射耐受性，因此是ITk最内部部分的优秀候选者。本文介绍了三维像素传感器的像素大小$50 \times 50$ $μm^2$安装在RD 53 A原型读出芯片的研究。设计和制造步骤的描述之后，测试光束的结果，以及严重辐照的传感器。对于垂直入射通过的粒子，当偏置到80 $V$时，暴露于$1\times10^{16}$ $n_{eq}cm^{-2}$注量的传感器的平均效率达到96%以上。
Beam tests of an integrated prototype of the ATLAS Forward Proton detector
ATLAS正向质子（AFP）探测器旨在测量从ATLAS相互作用点以小角度散射的质子。为此，3D硅像素跟踪模块和Quartz-Cherenkov飞行时间（ToF）探测器的组合安装在ATLAS两侧距离交互点210米处。2014年11月和2015年9月，在CERN-SPS试验束设施进行了使用AFP原型探测器的束流测试，该原型探测器结合了跟踪和定时子探测器以及共同读出，以完成系统集成并研究探测器性能。成功实现了跟踪-定时一体化。在传感器倾斜14°时，观察到良好的跟踪器命中效率超过99.9%，如AFP所预见的。在短像素方向上，50 μm间距的空间分辨率为每个像素平面5.5 +/- 0.5 μm，对于14°的全四平面跟踪器为2.8 +/- 0.5 μm，大大超过AFP要求的10 μm。定时探测器也显示出良好的命中效率超过99%，并且对于具有两个串联石英棒（最终AFP尺寸的一半）的ToF原型探测器，发现35 +/- 6 ps的全系统时间分辨率没有专门的优化，满足初始低光度AFP运行的要求。
Development of n-in-p pixel modules for the ATLAS Upgrade at HL-LHC
薄的平面像素模块是有希望的候选人仪器的新的ATLAS像素探测器的HL-LHC的内层，由于减少的贡献，材料预算和照射后的高电荷收集效率。100-200 $μ$ m厚的传感器，互连到FE-I4读出芯片，已在CERN SPS和DESY的放射源和束流测试的特点。报告了辐照前和辐照后器械的这些测量结果，辐照通量高达$14\times10^{15}$ n $_{eq}$ /cm $^2$。比较了不同传感器厚度的电荷收集和跟踪效率。未来的平面像素传感器生产的前景进行了讨论，重点是传感器设计的像素间距（50 × 50和25 × 100 $μ$米$^2$）预计RD 53协作读出芯片在65纳米CMOS技术。需要优化像素单元中的偏置结构以避免目前在照射后在穿通区域中观察到的命中效率损失。为此目的，不同的布局的性能进行了比较FE-I4兼容的传感器在不同的注量水平，通过使用束流测试数据。高度分段的传感器将代表在HL-LHC像素系统的前向区域中的跟踪的挑战。为了在高伪快度值下再现50 × 50 $μ$ m $^2$像素的性能，在相对于短像素方向的高入射角（80 $^\circ$）下的射束测试中在照射之前和之后研究了FE-I4兼容平面像素传感器。将显示关于簇形状、电荷收集和命中效率的结果。
Characterization of new hybrid pixel module concepts for the ATLAS Insertable B-Layer upgrade
ATLAS Insertable B-Layer（IBL）合作计划在现有的像素检测器中插入第四个像素层，以从当前像素系统的最终故障中恢复，特别是b层。此外，IBL将确保LHC第一阶段期间出色的跟踪，顶点和b标记性能，并在高亮度堆积的跟踪中增加鲁棒性。IBL的预期峰值亮度为2至3centerdot 1034 cm-2s-1，IBL的设计积分亮度为700 fb-1。这对应于5centerdot 1015 1 MeV neqcm-2的预期通量和250 MRad的总电离剂量。为了满足这些要求，两个新的模块概念正在研究中，都基于一个新的前端IC，称为FE-I4。该IC被设计为未来ATLAS像素探测器的读出芯片，其第一个应用将是IBL。基于平面像素传感器（PPS）的模块概念得益于其易于理解的设计，该设计与当前ATLAS像素检测器传感器的设计尽可能相似。新的三维（3D）硅传感器技术的第二种方法受益于到电极的较短的载流子漂移距离，其完全穿透传感器体。这两个传感器概念的原型模块已经建立和测试在实验室和测试束环境照射前后。这两个概念表现出非常高的性能，即使在照射到5centerdot 1015 1兆电子伏neqcm-2，并满足IBL规格的命中效率大于97%。最低操作阈值的研究已经生效，并证明独立于所使用的传感器概念的FE-I4的模块概念在低阈值的噪声命中占用方面的优异性能。
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