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

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1 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 2008/2/7 修士論文発表会　奥村恭幸

2 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 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！ 2008/2/7 修士論文発表会　奥村恭幸

3 Level1 ミュー粒子トリガーの試運転は急務！
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 2008/2/7 修士論文発表会　奥村恭幸

4 ミュー粒子トリガーシステム 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 Z F (strip) R (wire)
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 Magnet Field 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 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 2008/2/7 修士論文発表会　奥村恭幸

5 ミュー粒子トリガー電気回路系 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
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 2008/2/7 修士論文発表会　奥村恭幸

6 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 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 2008/2/7 修士論文発表会　奥村恭幸

7 Central Trigger Processor
(1)トリガー信号発行時間 100m PP ASIC Trigger 1 Trigger 2 Trigger 3 Central Trigger 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) 2008/2/7 修士論文発表会　奥村恭幸

8 Central Trigger Processor
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 Central Trigger Processor SLB Hpt SL Readout 電気回路室 (地下80m) ATLAS実験ホール (地下100m) 69 CLK 発行時間 92CLK (2.3 ms) 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 2008/2/7 修士論文発表会　奥村恭幸

9 Central Trigger Processor
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 Central Trigger 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！

10 Central Trigger Processor
(2)飛跡再構成論理回路の検証 PP ASIC Trigger 1 Trigger 2 Trigger 3 Central Trigger 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

11 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 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
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. 1 IC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 2008/2/7 修士論文発表会　奥村恭幸

12 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 2008/2/7 修士論文発表会　奥村恭幸

13 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 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
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 2008/2/7 修士論文発表会　奥村恭幸

14 まとめ 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 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
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 2008/2/7 修士論文発表会　奥村恭幸