Mise à jour du trajectographe d'ATLAS en préparation de la phase à haute luminosité du CERN LHC : étalonnage et caractérisation de modules à pixels du détecteur de traces actuel et futur d’ATLAS

The LHC reached its original design in 2015 delivering center of mass energies of 13 TeV of proton collisions with instantaneous luminosity L=1x1034 cm'2s'1. To maintain scientific progress and exploit the machine's full capacity, the LHC plans to upgrade the luminosity about 7 times higher than its design value transforming the LHC into the High-Luminosity LHC (HL-LHC). In preparation for the HL-LHC phase in 2026 the experiments will have to be upgraded to maintain the same performance with the increase of the luminosity. The thesis focuses on the upgrade of the ATLAS pixel detector into an all-silicon Inner Tracker (ITk). The ITk will consist of an inner part of a pixel detector and an outer part of a strip detector covering a high range of pseudorapidity 2.4<'<4. The ITk pixel sensors utilize the n-in-p segmented pixel sensor technology assembled with the RD53a readout chip to make the hybrid module, which is the basic unit of the ITk pixel detector. The pixel modules will host 100-150µm thick sensors with a pixel geometry of 50x50µm2 or 25x100µm2. The performance of the ITk prototype pixel module is characterised with a particle beam to study the hit efficiency and position resolution of the sensor. To comply with ITk requirements the pixel module must achieve hit efficiency of at least 98% before irradiation and 97% after irradiation up to fluence of '=5E15. Pixel modules that agree with these requirements are qualified for the preproduction of the ITk detector. The investigated modules produced from FBK foundry show efficiency performance in well agreement with the ITk requirements for the pixel detector to operate in the HL-LHC phase of the LHC. The performance of the pixel module complying with the ITk requirements leads to its qualification for the preproduction phase. The production foundries participating in the preproduction of the ITk pixel detector are qualified based on the performance of the sensors characterised in the Market Survey testbeam campaign. The methodology of characterising a pixel module with a particle beam and analysing the results is discussed in detail to guide the reader to the concluded results of qualified modules for the ITk pixel detector. In parallel I present simulated performance of the ITk pixel sensors with the RD53a readout chip in the testbeam setup to study the impacts of multiple scattering. The simulation is run on Allpix-squared software. Results of residuals from simulated tracks are compared with testbeam data to show the compatibility between the simulation and the testbeam setup for the ITk pixel module. The results show the effects of multiple scattering on the performance of the pixel module. The simulation setup is prepared in allpix-squared framework and could be used by other users to simulate and predict the performance of the future ITk pixel modules. The work for this thesis also branched to investigate the calibration of the FEI4b readout chip for the current IBL detector. It was found that a discrepancy of charge collection in the IBL module rises from a local threshold asymmetry when tuning the threshold of the FEI4b chip using the charge injection circuit. The investigation led to the introduction of the novel threshold baseline tuning method to solve this local threshold asymmetry in the FEI4b chip. The threshold baseline tuning method depends solely on counting hits and thus tunes the local threshold without using the charge injection circuit. The new tuning method indeed proves effective and therefore having a symmetrical charge collection throughout the IBL module. As the tuning algorithm is now implemented in the ATLAS pixel DAQ system, we are able to tune one module but the algorithm must be further improved to tune to complete detector. It is one step forward towards achieving higher quality of data for RUN3.Le collisionneur des protons Large Hadron Collider (LHC) du CERN a atteint ses valeurs de dessin en 2015, avec une énergie dans le centre de masse de 13 TeV et une luminosité instantanée de 1x10^(34) cm-2 s-1. Pour continuer à faire avancer les connaissances dans le domaine de la physique des particules et exploiter au maximum le potentiel de l'accélérateur le CERN a préparé un plan de mises à jour pour transformer le LHC dans une machine à haute luminosité (HL-LHC), avec une augmentation de 5 à 7 de la luminosité instantanée. En vue du HL-LHC en 2026, les expériences auprès du LHC ' comme ATLAS ' seront aussi mises à niveau, afin de maintenir le même niveau de performances ' voir l'améliorer ' même dans les conditions très contraignantes ' augmentation du niveau de radiation et du taux d'occupation - de la phase à haute luminosité. La thèse porte sur la mise à jour du trajectographe d'ATLAS qui va à devenir un détecteur basé entièrement sur des capteurs silicium le Inner Tracker (ITk). Le ITk sera composé de détecteurs à pixels dans la partie la plus interne et à microbandes pour le reste, avec une couverture plus étendue en pseudo-rapidité "eta" qu'avant (jusqu'à eta=4). Le ITk pixel detector sera instrumenté avec des modules hybrides avec capteurs n-in-p et puce de lecture ITkPixV2. Les capteurs auront une épaisseur de 100-150 µm avec un pas de 50x50 µm2 ou 25x100 µm2. Des prototypes de modules hybrides à pixels ont été préalablement testés avec des faisceaux de particules de hautes énergies pour mesurer leurs performances et valider les dessins proposés. En particulier les modules devaient assurer une efficacité de reconstruction de hit supérieure à 97% même après irradiation à un niveau comparable à celui attendu pendant la prise de donné. Les capteurs à pixels en technologie planaire que j'ai étudié pendant ma thèse ont été produits par la fonderie FBK et ont montré une efficacité de 97% ce qui a permis à FBK de se qualifier pour la production de capteurs à pixels pour ATLAS ITk Pixels. Les techniques de mesures et analyse de données de faisceaux tests, ainsi que les résultats, qui ont conduit à la qualification sont présentées dans la thèse et elles sont au coeur de mon travail. En parallèle j'ai travaillé à des simulations numériques des performances des capteurs à pixels pour l'ITk lorsqu'ils sont mesurés en faisceau test, en utilisant le logiciel «allpix-squared». Ce travail m'a permis de mieux comprendre la résolution spatiale des détecteurs pour ITk et plus particulièrement l'impact de la diffusion multiple sur la précision de reconstruction des hits. L'accord entre simulations et données est acceptable et mon travail servira aussi de base pour des études futurs. Pendant la thèse j'ai aussi investigué une nouvelle méthode de calibration du seuil pour les pixels dans la couche la plus interne (IBL) du trajectographe actuel d'ATLAS. Ce sous-détecteur est équipé avec une puce de lecture (FEI4b) qui a montré une non-uniformité importante dans la collection de charge; cela est dû à un problème du système d'injection de charge de la puce même. La nouvelle méthode proposée repose sur le comptage de hits dus aux bruits ; le seuil est ajusté jusqu'à quand le taux d'occupation souhaité est atteint. Les résultats avec la nouvelle méthode montrent une bonne uniformité dans la récolte de charge et l'algorithme est maintenant disponible dans le système d'acquisition d'ATLAS

Upgrade of the ATLAS tracking detector in preparation for the High-Luminosity phase of the LHC : Planar pixel module characterisation and calibration for the current and future ATLAS inner tracker

The LHC reached its original design in 2015 delivering center of mass energies of 13 TeV of proton collisions with instantaneous luminosity 1x10^34 cm^2s^-1. To maintain scientific progress and exploit the machine’s full capacity, the LHC plans to upgrade the luminosity about 7 times higher than its design value transforming the LHC into the High-Luminosity LHC (HL-LHC). In preparation for the HL-LHC phase in 2026 the experiments will have to be upgraded to maintain the same performance with the increase of the luminosity. The thesis focuses on the upgrade of the ATLAS pixel detector into an all-silicon Inner Tracker (ITk). The ITk will cover a high range of pseudorapidity 2.4 < |η| < 4. The ITk pixel sensors utilize the n-in-p technology assembled with the RD53A readout chip. The pixel modules will host 100 -150 mm thick sensors with a pixel geometry of 50x50 mm^2 and 25x100 mm^2. The performance of the ITk prototype pixel module is characterised with a particle beam to study the hit efficiency and position resolution of the sensor. To comply with ITk requirements the pixel module must achieve hit efficiency of at least 98% before irradiation and 97% after irradiation up to fluence of f = 5x10^15 n_eq/cm^2. Pixel modules that agree with these requirements are qualified for the production of the ITk detector. The investigated modules produced from FBK foundry show efficiency performance in well agreement with the ITk requirements for the pixel detector to operate in the HL-LHC phase of the LHC. The foundries participating in the production of the ITk pixel detector are qualified based on the performance of the sensors characterised in the Market Survey testbeam campaign. The methodology of characterising a pixel module with a particle beam and analyzing the results is discussed in detail to guide the reader to the concluded results of qualified modules for the ITk pixel detector. In parallel I present simulated performance of the ITk pixel sensors with the RD53A readout chip in the testbeam setup to study the impacts of multiple scattering in the setup. Results of residuals from simulated tracks are compared with testbeam data to show the compatibility between the simulation and the testbeam setup for the ITk pixel module. The results show the effects of multiple scattering on the performance of the pixel module. The simulation setup is prepared in allpix-squared framework and could be used by other users to simulate and predict the performance of the future ITk pixel modules. The work for this thesis also branched to investigate the calibration of the FE-I4B readout chip for the current IBL detector. It was found that a discrepancy of charge collection in the IBL module rises from a local threshold asymmetry when tuning the threshold of the FE-I4B chip using the charge injection circuit. The investigation led to the introduction of the novel threshold baseline tuning method to solve this local threshold asymmetry in the FE-I4B chip. The threshold baseline tuning method depends solely on counting hits and thus tunes the local threshold without using the charge injection circuit. The new tuning method indeed proves effective and therefore having a symmetrical charge collection throughout the IBL module. As the tuning algorithm is now implemented in the ATLAS pixel DAQ system, we are able to tune one module but the algorithm must be further improved to tune to complete detector. It is one step forward towards achieving higher quality of data for Run3

Mise à jour du trajectographe d'ATLAS en préparation de la phase à haute luminosité du CERN LHC : étalonnage et caractérisation de modules à pixels du détecteur de traces actuel et futur d’ATLAS

Le collisionneur des protons Large Hadron Collider (LHC) du CERN a atteint ses valeurs de dessin en 2015, avec une énergie dans le centre de masse de 13 TeV et une luminosité instantanée de 1x10^(34) cm-2 s-1. Pour continuer à faire avancer les connaissances dans le domaine de la physique des particules et exploiter au maximum le potentiel de l'accélérateur le CERN a préparé un plan de mises à jour pour transformer le LHC dans une machine à haute luminosité (HL-LHC), avec une augmentation de 5 à 7 de la luminosité instantanée. En vue du HL-LHC en 2026, les expériences auprès du LHC ' comme ATLAS ' seront aussi mises à niveau, afin de maintenir le même niveau de performances ' voir l'améliorer ' même dans les conditions très contraignantes ' augmentation du niveau de radiation et du taux d'occupation - de la phase à haute luminosité. La thèse porte sur la mise à jour du trajectographe d'ATLAS qui va à devenir un détecteur basé entièrement sur des capteurs silicium le Inner Tracker (ITk). Le ITk sera composé de détecteurs à pixels dans la partie la plus interne et à microbandes pour le reste, avec une couverture plus étendue en pseudo-rapidité "eta" qu'avant (jusqu'à eta=4). Le ITk pixel detector sera instrumenté avec des modules hybrides avec capteurs n-in-p et puce de lecture ITkPixV2. Les capteurs auront une épaisseur de 100-150 µm avec un pas de 50x50 µm2 ou 25x100 µm2. Des prototypes de modules hybrides à pixels ont été préalablement testés avec des faisceaux de particules de hautes énergies pour mesurer leurs performances et valider les dessins proposés. En particulier les modules devaient assurer une efficacité de reconstruction de hit supérieure à 97% même après irradiation à un niveau comparable à celui attendu pendant la prise de donné. Les capteurs à pixels en technologie planaire que j'ai étudié pendant ma thèse ont été produits par la fonderie FBK et ont montré une efficacité de 97% ce qui a permis à FBK de se qualifier pour la production de capteurs à pixels pour ATLAS ITk Pixels. Les techniques de mesures et analyse de données de faisceaux tests, ainsi que les résultats, qui ont conduit à la qualification sont présentées dans la thèse et elles sont au coeur de mon travail. En parallèle j'ai travaillé à des simulations numériques des performances des capteurs à pixels pour l'ITk lorsqu'ils sont mesurés en faisceau test, en utilisant le logiciel «allpix-squared». Ce travail m'a permis de mieux comprendre la résolution spatiale des détecteurs pour ITk et plus particulièrement l'impact de la diffusion multiple sur la précision de reconstruction des hits. L'accord entre simulations et données est acceptable et mon travail servira aussi de base pour des études futurs. Pendant la thèse j'ai aussi investigué une nouvelle méthode de calibration du seuil pour les pixels dans la couche la plus interne (IBL) du trajectographe actuel d'ATLAS. Ce sous-détecteur est équipé avec une puce de lecture (FEI4b) qui a montré une non-uniformité importante dans la collection de charge; cela est dû à un problème du système d'injection de charge de la puce même. La nouvelle méthode proposée repose sur le comptage de hits dus aux bruits ; le seuil est ajusté jusqu'à quand le taux d'occupation souhaité est atteint. Les résultats avec la nouvelle méthode montrent une bonne uniformité dans la récolte de charge et l'algorithme est maintenant disponible dans le système d'acquisition d'ATLAS.The LHC reached its original design in 2015 delivering center of mass energies of 13 TeV of proton collisions with instantaneous luminosity L=1x1034 cm'2s'1. To maintain scientific progress and exploit the machine's full capacity, the LHC plans to upgrade the luminosity about 7 times higher than its design value transforming the LHC into the High-Luminosity LHC (HL-LHC). In preparation for the HL-LHC phase in 2026 the experiments will have to be upgraded to maintain the same performance with the increase of the luminosity. The thesis focuses on the upgrade of the ATLAS pixel detector into an all-silicon Inner Tracker (ITk). The ITk will consist of an inner part of a pixel detector and an outer part of a strip detector covering a high range of pseudorapidity 2.4<'<4. The ITk pixel sensors utilize the n-in-p segmented pixel sensor technology assembled with the RD53a readout chip to make the hybrid module, which is the basic unit of the ITk pixel detector. The pixel modules will host 100-150µm thick sensors with a pixel geometry of 50x50µm2 or 25x100µm2. The performance of the ITk prototype pixel module is characterised with a particle beam to study the hit efficiency and position resolution of the sensor. To comply with ITk requirements the pixel module must achieve hit efficiency of at least 98% before irradiation and 97% after irradiation up to fluence of '=5E15. Pixel modules that agree with these requirements are qualified for the preproduction of the ITk detector. The investigated modules produced from FBK foundry show efficiency performance in well agreement with the ITk requirements for the pixel detector to operate in the HL-LHC phase of the LHC. The performance of the pixel module complying with the ITk requirements leads to its qualification for the preproduction phase. The production foundries participating in the preproduction of the ITk pixel detector are qualified based on the performance of the sensors characterised in the Market Survey testbeam campaign. The methodology of characterising a pixel module with a particle beam and analysing the results is discussed in detail to guide the reader to the concluded results of qualified modules for the ITk pixel detector. In parallel I present simulated performance of the ITk pixel sensors with the RD53a readout chip in the testbeam setup to study the impacts of multiple scattering. The simulation is run on Allpix-squared software. Results of residuals from simulated tracks are compared with testbeam data to show the compatibility between the simulation and the testbeam setup for the ITk pixel module. The results show the effects of multiple scattering on the performance of the pixel module. The simulation setup is prepared in allpix-squared framework and could be used by other users to simulate and predict the performance of the future ITk pixel modules. The work for this thesis also branched to investigate the calibration of the FEI4b readout chip for the current IBL detector. It was found that a discrepancy of charge collection in the IBL module rises from a local threshold asymmetry when tuning the threshold of the FEI4b chip using the charge injection circuit. The investigation led to the introduction of the novel threshold baseline tuning method to solve this local threshold asymmetry in the FEI4b chip. The threshold baseline tuning method depends solely on counting hits and thus tunes the local threshold without using the charge injection circuit. The new tuning method indeed proves effective and therefore having a symmetrical charge collection throughout the IBL module. As the tuning algorithm is now implemented in the ATLAS pixel DAQ system, we are able to tune one module but the algorithm must be further improved to tune to complete detector. It is one step forward towards achieving higher quality of data for RUN3

Mise à jour du trajectographe d'ATLAS en préparation de la phase à haute luminosité du CERN LHC : étalonnage et caractérisation de modules à pixels du détecteur de traces actuel et futur d’ATLAS

The LHC reached its original design in 2015 delivering center of mass energies of 13 TeV of proton collisions with instantaneous luminosity L=1x1034 cm'2s'1. To maintain scientific progress and exploit the machine's full capacity, the LHC plans to upgrade the luminosity about 7 times higher than its design value transforming the LHC into the High-Luminosity LHC (HL-LHC). In preparation for the HL-LHC phase in 2026 the experiments will have to be upgraded to maintain the same performance with the increase of the luminosity. The thesis focuses on the upgrade of the ATLAS pixel detector into an all-silicon Inner Tracker (ITk). The ITk will consist of an inner part of a pixel detector and an outer part of a strip detector covering a high range of pseudorapidity 2.4<'<4. The ITk pixel sensors utilize the n-in-p segmented pixel sensor technology assembled with the RD53a readout chip to make the hybrid module, which is the basic unit of the ITk pixel detector. The pixel modules will host 100-150µm thick sensors with a pixel geometry of 50x50µm2 or 25x100µm2. The performance of the ITk prototype pixel module is characterised with a particle beam to study the hit efficiency and position resolution of the sensor. To comply with ITk requirements the pixel module must achieve hit efficiency of at least 98% before irradiation and 97% after irradiation up to fluence of '=5E15. Pixel modules that agree with these requirements are qualified for the preproduction of the ITk detector. The investigated modules produced from FBK foundry show efficiency performance in well agreement with the ITk requirements for the pixel detector to operate in the HL-LHC phase of the LHC. The performance of the pixel module complying with the ITk requirements leads to its qualification for the preproduction phase. The production foundries participating in the preproduction of the ITk pixel detector are qualified based on the performance of the sensors characterised in the Market Survey testbeam campaign. The methodology of characterising a pixel module with a particle beam and analysing the results is discussed in detail to guide the reader to the concluded results of qualified modules for the ITk pixel detector. In parallel I present simulated performance of the ITk pixel sensors with the RD53a readout chip in the testbeam setup to study the impacts of multiple scattering. The simulation is run on Allpix-squared software. Results of residuals from simulated tracks are compared with testbeam data to show the compatibility between the simulation and the testbeam setup for the ITk pixel module. The results show the effects of multiple scattering on the performance of the pixel module. The simulation setup is prepared in allpix-squared framework and could be used by other users to simulate and predict the performance of the future ITk pixel modules. The work for this thesis also branched to investigate the calibration of the FEI4b readout chip for the current IBL detector. It was found that a discrepancy of charge collection in the IBL module rises from a local threshold asymmetry when tuning the threshold of the FEI4b chip using the charge injection circuit. The investigation led to the introduction of the novel threshold baseline tuning method to solve this local threshold asymmetry in the FEI4b chip. The threshold baseline tuning method depends solely on counting hits and thus tunes the local threshold without using the charge injection circuit. The new tuning method indeed proves effective and therefore having a symmetrical charge collection throughout the IBL module. As the tuning algorithm is now implemented in the ATLAS pixel DAQ system, we are able to tune one module but the algorithm must be further improved to tune to complete detector. It is one step forward towards achieving higher quality of data for RUN3.Le collisionneur des protons Large Hadron Collider (LHC) du CERN a atteint ses valeurs de dessin en 2015, avec une énergie dans le centre de masse de 13 TeV et une luminosité instantanée de 1x10^(34) cm-2 s-1. Pour continuer à faire avancer les connaissances dans le domaine de la physique des particules et exploiter au maximum le potentiel de l'accélérateur le CERN a préparé un plan de mises à jour pour transformer le LHC dans une machine à haute luminosité (HL-LHC), avec une augmentation de 5 à 7 de la luminosité instantanée. En vue du HL-LHC en 2026, les expériences auprès du LHC ' comme ATLAS ' seront aussi mises à niveau, afin de maintenir le même niveau de performances ' voir l'améliorer ' même dans les conditions très contraignantes ' augmentation du niveau de radiation et du taux d'occupation - de la phase à haute luminosité. La thèse porte sur la mise à jour du trajectographe d'ATLAS qui va à devenir un détecteur basé entièrement sur des capteurs silicium le Inner Tracker (ITk). Le ITk sera composé de détecteurs à pixels dans la partie la plus interne et à microbandes pour le reste, avec une couverture plus étendue en pseudo-rapidité "eta" qu'avant (jusqu'à eta=4). Le ITk pixel detector sera instrumenté avec des modules hybrides avec capteurs n-in-p et puce de lecture ITkPixV2. Les capteurs auront une épaisseur de 100-150 µm avec un pas de 50x50 µm2 ou 25x100 µm2. Des prototypes de modules hybrides à pixels ont été préalablement testés avec des faisceaux de particules de hautes énergies pour mesurer leurs performances et valider les dessins proposés. En particulier les modules devaient assurer une efficacité de reconstruction de hit supérieure à 97% même après irradiation à un niveau comparable à celui attendu pendant la prise de donné. Les capteurs à pixels en technologie planaire que j'ai étudié pendant ma thèse ont été produits par la fonderie FBK et ont montré une efficacité de 97% ce qui a permis à FBK de se qualifier pour la production de capteurs à pixels pour ATLAS ITk Pixels. Les techniques de mesures et analyse de données de faisceaux tests, ainsi que les résultats, qui ont conduit à la qualification sont présentées dans la thèse et elles sont au coeur de mon travail. En parallèle j'ai travaillé à des simulations numériques des performances des capteurs à pixels pour l'ITk lorsqu'ils sont mesurés en faisceau test, en utilisant le logiciel «allpix-squared». Ce travail m'a permis de mieux comprendre la résolution spatiale des détecteurs pour ITk et plus particulièrement l'impact de la diffusion multiple sur la précision de reconstruction des hits. L'accord entre simulations et données est acceptable et mon travail servira aussi de base pour des études futurs. Pendant la thèse j'ai aussi investigué une nouvelle méthode de calibration du seuil pour les pixels dans la couche la plus interne (IBL) du trajectographe actuel d'ATLAS. Ce sous-détecteur est équipé avec une puce de lecture (FEI4b) qui a montré une non-uniformité importante dans la collection de charge; cela est dû à un problème du système d'injection de charge de la puce même. La nouvelle méthode proposée repose sur le comptage de hits dus aux bruits ; le seuil est ajusté jusqu'à quand le taux d'occupation souhaité est atteint. Les résultats avec la nouvelle méthode montrent une bonne uniformité dans la récolte de charge et l'algorithme est maintenant disponible dans le système d'acquisition d'ATLAS

JRJC 2019. Book of Proceedings

International audienc

JRJC 2019. Book of Proceedings

International audienc

JRJC 2019. Book of Proceedings

International audienc

Observation of WWWWWW Production in pppp Collisions at s\sqrt s =13 TeV with the ATLAS Detector

International audienceThis Letter reports the observation of $WWW$ production and a measurement of its cross section using 139 fb$^{-1}$ of proton-proton collision data recorded at a center-of-mass energy of 13 TeV by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. Events with two same-sign leptons (electrons or muons) and at least two jets, as well as events with three charged leptons, are selected. A multivariate technique is then used to discriminate between signal and background events. Events from $WWW$ production are observed with a significance of 8.0 standard deviations, where the expectation is 5.4 standard deviations. The inclusive $WWW$ production cross section is measured to be $820 \pm 100\,\text{(stat)} \pm 80\,\text{(syst)}$ fb, approximately 2.6 standard deviations from the predicted cross section of $511 \pm 18$ fb calculated at next-to-leading-order QCD and leading-order electroweak accuracy

Observation of WWWWWW Production in pppp Collisions at s\sqrt s =13 TeV with the ATLAS Detector

International audienceThis Letter reports the observation of $WWW$ production and a measurement of its cross section using 139 fb$^{-1}$ of proton-proton collision data recorded at a center-of-mass energy of 13 TeV by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. Events with two same-sign leptons (electrons or muons) and at least two jets, as well as events with three charged leptons, are selected. A multivariate technique is then used to discriminate between signal and background events. Events from $WWW$ production are observed with a significance of 8.0 standard deviations, where the expectation is 5.4 standard deviations. The inclusive $WWW$ production cross section is measured to be $820 \pm 100\,\text{(stat)} \pm 80\,\text{(syst)}$ fb, approximately 2.6 standard deviations from the predicted cross section of $511 \pm 18$ fb calculated at next-to-leading-order QCD and leading-order electroweak accuracy

Observation of WWWWWW Production in pppp Collisions at s\sqrt s =13 TeV with the ATLAS Detector

International audienceThis Letter reports the observation of $WWW$ production and a measurement of its cross section using 139 fb$^{-1}$ of proton-proton collision data recorded at a center-of-mass energy of 13 TeV by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. Events with two same-sign leptons (electrons or muons) and at least two jets, as well as events with three charged leptons, are selected. A multivariate technique is then used to discriminate between signal and background events. Events from $WWW$ production are observed with a significance of 8.0 standard deviations, where the expectation is 5.4 standard deviations. The inclusive $WWW$ production cross section is measured to be $820 \pm 100\,\text{(stat)} \pm 80\,\text{(syst)}$ fb, approximately 2.6 standard deviations from the predicted cross section of $511 \pm 18$ fb calculated at next-to-leading-order QCD and leading-order electroweak accuracy