LHC-ATLAS 実験開始に向けたミュー粒子トリガーシステムの統合試運転

LHC-ATLAS実験開始に向けたミュー粒子トリガーシステムの統合試運転LHC-ATLAS実験開始に向けたミュー粒子トリガーシステムの統合試運転名古屋大学理学研究科高エネルギー物理学(N)研究室奥村恭幸修士論文発表会　奥村恭幸

LHC-ATLAS実験とミュー粒子 ミュー粒子トリガーシステムがヒグス粒子探索の鍵を握る！ P P 25m √s=14TeV T =25ns 44m LHC-ATLAS実験 (2008年夏開始)25ナノ秒毎の14TeVの衝突を観測しヒグス粒子を探査課題低運動量のQCDによる大量のノイズ事象 (SHiggs/N 10-10) 解決策高い横運動量ミュー粒子による事象選別ビーム軸方向に指向性を持つQCDノイズ事象と差別化修士論文発表会　奥村恭幸

トリガーシステム 三段階のオンライン事象選別システム処理時間 1.0秒選別事象数　1事象/20万事象 20万事象デジタル電子回路 Level1 Trigger • 全衝突事象を処理する • 高速処理 • 処理時間 2.5マイクロ秒 • 選別事象数 1事象/400事象計算機上 Level1 ミュー粒子トリガーの試運転は急務！ Level2 Trigger • 一度メモリに書き込んだのち計算機上で処理(ソフトウェアトリガー) Event Fileter • 全事象, 全領域のデータから最終的に選び出す. 1事象 Disk に保存修士論文発表会　奥村恭幸

ミュー粒子トリガーシステム Thin Gap Chamber (TGC) • ガス (CO2 +n-pentane) • 制限比例領域 (2.9kV) • ガス増幅率 106 • 位置分解能　~1cm F (strip) ヒットチャンネル情報から(Z, R,F)の三次元で通過位置を検出三次元的にミュー粒子飛跡を再構成磁場中での曲率から運動量を概算 R(wire) Magnet Field Z 7層のヒットコインシデンス情報のみで飛跡を再構成し運動量を算出修士論文発表会　奥村恭幸

ミュー粒子トリガー電気回路系 パイプライン型トリガーシステムの概念図 • 動作クロック • 周期25ナノ秒　(衝突に同期) • トリガー回路 • 全プロセスを25nsを単位に細分化 • 読み出しバッファ • N clk後にデータを出力するFIFOメモリトリガー回路系・・・ 1 2 3 N 25ns/1Step 25 ns周期の衝突読み出しバッファ(FIFO メモリ) 1 2 3 ・・・ N TGC 32万チャンネル PS Board 1296枚 Hpt 192枚 Sector Logic 72枚 100m 両領域の同時運転 Final Setup 領域 Temporal Setup　領域敷設作業をすすめてシステムの動作を実現両サイド同時・Full Setupを用いた試運転修士論文発表会　奥村恭幸

本研究の目的と手法 実験開始までにミュー粒子トリガーシステムを正常動作させることトリガーシステムの正常動作 • 正確なデータ収集 • 正確な事象選別テストパルス・宇宙線ミュー粒子を用いたトリガー系動作試験 • トリガー発行時間の高速性・安定性 • トリガー信号の発行時間を実際のセットアップを用いた測定 • 全トリガー回路の動作検証 • 上流から順にトリガーチェーンに対して検証を行う. 高速計算同期運転論理回路の正常動作修士論文発表会　奥村恭幸

(1)トリガー信号発行時間 100m PP ASIC Trigger 1 Trigger 2 Trigger 3 CentralTrigger Processor SLB Hpt SL Readout 電気回路室(地下80m) ATLAS実験ホール(地下100m) • 正確なデータ収集のための発行時間に対する要求 • 高速性 (バッファ容量からくる上限 100CLK(2.5マイクロ秒)以内) • 安定性 (正確なデータ収集のために 25ns以下のふらつき) 修士論文発表会　奥村恭幸

トリガー信号発行時間　高速性の検証 テストパルスを用いたトリガー信号発行時間の測定バッファサイズからの要求:: 全経路での発行時間 100 CLK 以内 100m Test Pulse PP ASIC Trigger 1 Trigger 2 Trigger 3 CentralTrigger Processor SLB Hpt SL Readout 電気回路室(地下80m) ATLAS実験ホール(地下100m) 69 CLK ATLAS実験の基準(100CLK)を満たす高速システムであることを実証修士論文発表会　奥村恭幸

トリガー信号発行時間　安定性の検証 宇宙線ヒットによるトリガー信号を用いて評価正確なデータ取得のための要求:: トリガー信号の不定性 << 1CLK周期(25ns) PP ASIC Trigger 1 Trigger 2 Trigger 3 CentralTrigger Processor SLB Hpt SL Readout 電気回路室(地下80m) ATLAS実験ホール(地下100m) 安定したタイミングでのトリガー信号生成を実証正確なデータ収集が可能！

(2)飛跡再構成論理回路の検証 PP ASIC Trigger 1 Trigger 2 Trigger 3 CentralTrigger Processor SLB Hpt SL Readout 電気回路室(地下80m) ATLAS実験ホール(地下100m) 1. 2. 3. 4. • 運動量 • 検出位置 Station1 2 3 飛跡通過を判定する論理　SLB 通過位置を算出する論理　SLB 飛跡を判定する論理  パラメータ　(位置/曲率) Hpt 運動量を算出 SL

飛跡通過判定の論理回路検証 ヒットパターンと飛跡通過判定の相関を確認 • 期待されるヒットパターン • 隣り合う層にヒットが存在すること • 二層のヒットの検出位置が近く (差分1以下)であること • 調査項目 • ヒット数(ヒット数は2以上) • チャンネル差分 (チャンネル差分は1以内) • 結果 • 全416 IC中415 ICが正常に動作. • 1ICの不具合を発見. input ヒット数レイヤー間チャンネル差分 output ヒット数宇宙線ヒットに対して正常に動作. 発見した不調SLB ICは交換修士論文発表会　奥村恭幸

飛跡の通過位置を算出する論理回路の検証 飛跡通過選別された検出位置と飛跡通過位置の相関を確認. input output input • 期待される動作 • 検出位置に対応した飛跡通過位置 • 調査項目 • 飛跡選別された2ヒットと, 飛跡通過位置出力の相関 • (SLB ICの入力と出力の相関) • 結果 • 全416 ICが正常に動作 Trigger 1 Trigger 2 Trigger 3 SLB Hpt SL output 飛跡通過位置(出力) 検出位置(入力) 全ての飛跡通過位置算出論理回路の正常動作を確認修士論文発表会　奥村恭幸

飛跡を判定する論理回路の検証 トリガーチェーンの入力情報と出力情報の相関を確認 input output 差分情報検出位置情報 Trigger 1 Trigger 2 Trigger 3 SLB Hpt SL 出力情報出力情報 100m • 調査項目 • 飛跡検出位置 • 曲率情報(差分情報) • の入力との相関 • 結果 • トリガーチェーンシステムとして正常に動作をしていることを確認 • 光ファイバーの接続の不具合を発見入力情報入力情報出力情報入力情報全領域においてトリガーチェーンを有効に動作させることができる修士論文発表会　奥村恭幸

まとめ LHC-ATLAS実験2008年夏に開始 • ミュー粒子を用いてのヒグス粒子探索 • 実験開始前のミュー粒子トリガーシステムの理解, 正常動作環境の確立テストパルス・宇宙線を用いたトリガーシステムの動作検証を考案・実践 • トリガー信号発行時間の測定 • 高速性(92CLK), 安定性(ふらつき 0.2%) • 飛跡再構成回路の正常動作の検証 • トリガーチェーンシステムとしての正常動作を実証. • 幾つかの不調箇所を発見. • ICの故障(1IC /416 IC) /光ファイバーのコネクションミストリガーシステムのデータ収集・事象選別回路の正常動作を実証ミュー粒子トリガーシステムが実験開始時から正常に動作修士論文発表会　奥村恭幸

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