Improvement for sensitivity of muon rare decay search with robust and high-efficient trigger system in the high radiation environment
| Project/Area Number |
21K13941
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
吉田 学立 大阪大学, 核物理研究センター, 特任助教(常勤) (20733140)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | ミューオン / トリガー / 高放射線環境 / 高放射能環境 |
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| Outline of Research at the Start |
COMET実験は、電子の200倍重いミューオンという素粒子の未発見の性質を探す実験である。東海村J-PARCの大強度陽子ビームを用いて、大量のミューオンを生成し、その崩壊を調べることで、現在の標準理論の枠組を超えた新しい物理現象の発見を目指している。ミューオンを生成する過程で、大量の放射線も同時に発生するため、高レベルの放射線環境の中でも高効率で信頼性の高い検出器が必要である。本研究では、その検出器の一部である(データの取得を決定する)トリガー機構の開発を行う。深層学習などを用いたアルゴリズムでリアルタイムに高効率でトリガー発行を行うことで、稀な物理事象の探索感度向上を狙う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
茨城県東海村J-PARCにおいて、世界最高強度のミューオンビームを用いたμ稀崩壊探索を行うCOMET実験のためのトリガー機構の開発を行なった。大強度ミューオンビームに起因する高放射線環境においても、高効率で動作が可能なトリガー機構
を構築することで、探索感度の向上が期待できる。
当該年度は、トリガー機構のフロントエンドとなる電子回路の改良および量産を行った。主に電源部分の安定化の改良を施し、実験で必要なトリガー用の電子回路をほぼ揃えることに成功した。また、最小構成ながら実機とほぼ同等のセットアップを用意し、トリガー機構全体の統合的な動作試験および性能評価を行い、トリガー発行のために要求される性能を満たすことを確認することができた。同時に、FPGAへのファームウェアダウンロードの試験も行い、ダウンロード機構の開発の第一段階に着手した。
一方、トリガー決定を行う電子回路のFPGAに実装するアルゴリズムの改良の研究も進んだ。FPGA上での深層学習アルゴリズムによるリアルタイムトリガー決定を実現する手法の評価を開始し、実際にトリガー用フロントエンド電子回路への搭載が実現可能であることを示した。具体的には、hls4mlを用いて、ニューラルネットワークによるヒットパターンのイベント識別をFPGAに搭載し、オンラインで高効率トリガー決定することが可能であるとシミュレーションで確認した。また、簡略化した識別アルゴリズムではあるが、実機の電子回路に搭載されたFPGAにファームウェアをダウンロードし、オンラインでリアルタイムに結果を出力できることを実証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
電子回路部品の世界的な欠品により、当初予定よりも電子回路の製造に遅れが生じてはいたが、当該年度中に必要数のほとんどを製造することができた。次年度中初頭に残りの電子回路の量産目処も立っており、実際に実験が開始するまでには十分に間に合うため、許容範囲である。それ以外の開発・研究に関してはおおむね計画通り進行中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
世界的な電子回路部品の欠品により、当該年度中に計画していた電子回路の量産は遅れてはいるが、次年度中には
不足分の電子回路製造の目処が立っている。量産完了後は、回路の動作試験を行なったのち、量産回路全数を用いたトリガー機構の動作試験・性能評価試験を予定している。また、トリガーアルゴリズムの改良も継続し、より効率の良いアルゴリズムの実装、性能評価を実施予定である。最終的には、CDC検出器実機との通信・トリガー発行試験を実施し、実験の開始に備える。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
