高輝度LHC実験で動作するリアルタイム解析型カロリメータの確立と超対称性の検証

建立用于高亮度大型强子对撞机实验的实时分析量热仪并验证超对称性

基本信息

批准号：
26707010
负责人：
山本真平
金额：
$ 10.23万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-01 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

平成26年度はLHC加速器の運転はなく、アップグレード用の電磁カロリメータ読み出しバックエンド・エレクトロニクスの設計開発およびテストボード製作、また翌年度のLHC運転再開を見据えてデータ収集・処理の準備や電弱ゲージーノ探索の探索感度向上のための準備研究に注力した。読み出しエレクトロニクス開発においてはAvago社製組込み光トランシーバ・モジュールおよびFPGA GTX高速シリアル・トランシーバを実装するテストボード設計・製作し、要求される高速・高密度データ送受信が可能であるかの動作検証、またエネルギー再構成アルゴリズムのファームウェア実装・性能検証を行った。レーンあたり10Gbps以上の高速伝送および安定した多レーン同時動作を確認し、主要な研究開発項目の一つを完了させた。さらにフィルター処理によるパイルアップ信号に対する補正とエネルギー再構成を行うファームウェア実装については、疑似信号を用いた動作検証によって実験で要求される125ns以下のレイテンシでの動作を確認した。実機製作・導入時にはさらなる多チャンネル対応が求められる。スケーラビリティの検証も行い、リソース使用量の点でも実用に問題ないことを示した。超対称性探索、特に短飛跡識別による荷電ゲージーノ生成過程の探索の研究においては、その飛跡検出効率の改善が探索感度改善のために最も重要な項目である。有力な超対称性シナリオの一つであるAMSBモデルでは最も軽い荷電ゲージーノが0.2ns程度(cτ=60mm)の寿命をもつ。これまでの解析では飛跡半径300mm以上の信号しか再構成できなかったため、その検出効率の低さにより探索感度が制限されていた。しかし新たに導入される最内ピクセル層を活用し、飛跡半径130mmまで検出可能な飛跡再構成法を開発した。これにより信号検出効率を従来からおよそ20倍改善し、また新たな解析手法も開発した。

2014财年LHC加速器将不会运行，但我们将致力于电磁热量计读出后端电子设备的设计和开发，以进行升级和测试板的生产，并为数据收集和处理做好准备并探索弱电测量仪，以期在下一财年恢复大型强子对撞机的运行。我们专注于准备研究，以提高搜索灵敏度。在读出电子器件的开发中，我们设计并制造了安装了Avago嵌入式光收发模块和FPGA GTX高速串行收发器的测试板，并进行了运行验证，以确保所需的高速、高密度数据传输和接收是可能的，以及能量测试，我们实现了重建算法的固件实现和性能验证。我们确认了每通道超过10Gbps的高速传输和稳定的多通道同时运行，完成了我们的主要研发项目之一。此外，对于通过滤波器处理纠正堆积信号并重新配置能量的固件实现，我们使用伪信号验证了操作，并确认其操作延迟小于125 ns，这是实验中所需的。实际设备的制造和引进还需要进一步的多渠道支持。我们还验证了可扩展性，表明在资源使用方面实际使用中没有问题。在超对称搜索研究中，特别是短航迹识别搜索电荷规生成过程中，提高航迹检测效率是提高搜索灵敏度的首要内容。在领先的超对称场景之一的 AMSB 模型中，最轻的带电规范的寿命约为 0.2 ns (cτ=60 mm)。以往的分析只能重建轨迹半径为300毫米或以上的信号，由于检测效率低，限制了搜索灵敏度。然而，通过利用新引入的最内像素层，我们开发了一种轨迹重建方法，可以检测半径最大为130毫米的轨迹。结果，与传统方法相比，信号检测效率提高了约20倍，并且还开发了一种新的分析方法。