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ハドロンコライダー(SSC)実験のデータ処理及び計算機シミュレーションの調査研究

研究課題

研究課題/領域番号 02041090
研究種目

国際学術研究

配分区分補助金
応募区分学術調査
研究機関高エネルギー物理学研究所

研究代表者

近藤 敬比古  高エネルギー物理学研究所物理研究部, 教授 (30150006)

研究分担者 高岩 義信  高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助手 (10206708)
DANIEL Green  フェルミ国立加速器研究所, Staff scie
浅井 慎  広島工業大学, 電機工学科, 講師 (40192926)
新井 康夫  高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助手 (90167990)
岩崎 博行  高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助手 (40151724)
堺井 義秀  高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助教授 (90170571)
大須賀 鬨雄  高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助教授 (20168925)
海野 義信  高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助教授 (40151956)
池田 博一  高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助教授 (10132680)
藤井 啓文  高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助教授 (60013439)
稲葉 進  高エルネギー物理学研究所, 物理研究部, 助教授 (10013434)
尼子 勝哉  高エネルギー物理学研究所, 物理研究部, 助教授 (50044772)
大杉 節  広島大学, 理学部物理教室, 助教授 (30033898)
渡瀬 芳行  高エネルギー物理学研究所, データ処理センター, 教授 (70018662)
OHSKA Tokio Kenneth  National Laboratory for High Energy Physics (KEK)
GREEN Daniel  Fermi National Accelerator Laboratory
GREEN Daniel  フェルミ国立加速器研究所, Staff Scie
阿部 文雄  高エネルギー物理学研究所, データ処理センター, 助手 (80184224)
兼松 伸幸  高エネルギー物理研究所, 特別研究員 (10221889)
研究期間 (年度) 1990 – 1992
研究課題ステータス 完了 (1992年度)
配分額 *注記
11,500千円 (直接経費: 11,500千円)
1992年度: 4,000千円 (直接経費: 4,000千円)
1991年度: 4,000千円 (直接経費: 4,000千円)
1990年度: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
キーワード陽子陽子衝突現象 / 計算機シミュレーション / データ処理システム / 読み出しエレクトロニクス / トリガーシステム / マイクロプロセッサー / シリコン検出器 / 素粒子実験測定器 / 計算機シミュレ-ション / デ-タ処理システム / トリガ-システム / マイクロプロセッサ-
研究概要

この学術調査の目的は,米国で建設中の超伝導超大型加速器SSCでの素粒子実験を実現し40TeVの陽子陽子衝突によるヒッグス粒子の発見などTeV領域の素粒子物理の研究をめざすための準備研究の一環である。1989年に結成されたSDC実験は国際協力で全世界から研究者が集まって行なわる。日本からも大規模な参加を計画している。この実験計画は,技術開発→測定器設計→測定器建設→物理実験→データ解析,と10年以上に亘るものであり,現在測定器設計まで進んだ。測定器建設の見積りは700億円である。SSCでの実験ではエネルギーや衝突頻度が格段に高い為,最先端技術を使った高速エレクトロニクス,大量データ処理,並列計算機技関を用いる。また素粒子反応の高度しシミレーションも必要である。この学術調査はそれらのデータ処理と計算機関連の技術開発を目指し,その成果をSDC測定器設計に取り込んだ。この学術調査による渡航旅費等の援助と,従来からの文部省-米国DOE間の日米高エネルギー物理学協力事業による開発研究費の援助のもとで,平成2-4年の間に準備調査活動における大きな進歩が得られた。それらは多岐にわたるが分類すると以下のようになる:
1.実験装置の設計:1984年からの測定器技術開発や数度の国際会議を経て,実験装置の大きな輪郭は形成されてきた。ヒッグッス粒子の生成など各種素粒子反応を計算機を用いてシミレーションして目指す物理が実験装置案で出来ることを確認した。一方実験装置を構成する粒子検出器の選択にはいろいろな案の中から,テスト実験結果から推定される性能,利/欠点,測定器全体との整合性,建設/組立,建設費などあらゆるファクター総合判断し決定した。日本の提案した検出器案でもかなり採用された。SDC実験装置の設計は1992年4月完成した。
2.高速エレクトロニクスの開発研究:SSCクラスの実験装置では数十万チャンネルに及ぶ検出器からの信号を高速同時処理する。このために読出し用電子回路には低消費電力化と耐放射線性をもつ特殊超LSI技術を駆使する。日本ではNTTの協力を得て,シリコン検出器用の電子回路,飛跡検出器用のデジタル式時間測定回路を設計し,プロトタイプ製作とテストを行った。特にデジタル式時間測定回路TMC(Time Memory Cell)はCMOSメモリー技術を時間差測定に巧みに応用したもので,特許の申請も出した。4チャンネルで奥行が1マイクロ秒のチップが完成し,時間精度0.52ナノ秒が得られた。TMCカマックモジュールも完成し,米国の関係大学にも送られ使われている。1991年9月にはこのTMCチップのSDC実験のストローチェンバーへの採用が決まっている。
3.データ処理の開発研究:各検出器からの実験データは約400本の光ファイバーケーブルを通して,バッファーメモリーと高速スイッチ群から成るイベントビルダーに送られる。そこで並列入力したデータを一塊りの事象シリアルデータにまとめて,オンライン並列計算機ファーム(処理能力は十〜百万MIPS)に送る。米国のFermilabと共同してこのイベントビルダーを検討し,SDC実験用の基本設計を作った。3GHzのデジタル信号を扱える高速スイッチを富士通と開発しテストに成功した。
4.シミュレーションの開発研究:40TeVの陽子陽子衝突現象を,QCDなどの標準理論による計算機シミレーションプログラムの開発を進めた。実際にはGEANTに基づくSDCグループのめざす統一されたシミレーター「SDCSIM」を米国研究者と共同して構築した。それらは国内の研究所,大学でも使えるようになった。特に広島工大,東京都立大,KEKなどでワイヤーチェンバーやミューオン検出器のシミレーションができた。
5.計算機技術の開発研究:SSC実験データ解析のために,生データ,物理解析用圧縮テープ(DST)の記録(年間1PByte程度)と世界の研究者によるデータへのアクセスを可能にするオフライン計算機システムを設計した。ソフトウエアとしては,DST作製プログラム,解析/シミレーションの全体の概念設計を行った。将来の基本となる並列計算機システムのテストケースとしてDECstation,HP9000/730,SGI Irisからなる計算機ファームをKEKに設置し,シミレーションなどの実用に使えるまでにした。

報告書

(3件)
  • 1992 研究成果報告書概要
  • 1991 実績報告書
  • 1990 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (28件)

  • [文献書誌] 近藤 敬比古: "Recent Developments in Detector Technology" Proceedings of the 26th International Conference on High Energy Physics,. (1993)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 佐々木 修,能町 正治,大須賀 鬨雄: "A VME Barrel Shifter System for Event Reconstruction for up to 3 Gbps Signal Trains" Proceedings of IEEE 1992 Nuclear Science Symposium,Orland,Florida,Oct.1992. (1992)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 新井 康夫,T.松村,K.遠藤: "A CMOS 4ch x 1 k Time Memory LSI with 1 ns/bit Resolution" IEEEE Journal of Solid-State Circuits. 27. 359-364 (1992)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 新井 康夫,池野 正弘,T.松村: "Development of a CMOS Time Memory Cell VLSI and a CAMAC Module with 0.5 ns Resolution" IEEE Trons.on Nucl.Sci.39. 784-788 (1992)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 尼子 勝哉: "High Energy Computing in Japan" Proceedings of International Conference on Computing in High Physics ′91. 11- (1991)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 尼子 勝哉: "Computing in SSC/SDC" Proceedings of Workshop on Distributed Computing and Network,Tsukuba 1992. 101- (1993)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T. Kondo: "Recent Developments in Detector Technology" Proceedings of the 26th International Conference on High Energy Physics, Dallas, TX, USA, Aug. 6-12, 1992.

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] O. Sasaki et al.: "A VME Barrel Shifter System for Event Reconstruction for up to 3 Gbps Signal Trains" Proceedings of IEEE 1992 Nuclear Science Symposium, Orland, Florida, Oct. 1992.

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y. Arai, M. Ikeno and T. Matsumura: "Development of a CMOS Time Memory Cell VLSI and a CAMAC Module with 0.5 ns Resolution" IEEE Trans. on Nucl. Sci.39. 784-788 (1992)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Amako: "High Energy Computing in Japan" Proceedings of International Conference on Computing in High Energy Physics '91. 11 (1991)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K. Amako: "Computing in SSC/SDC" Proceedings of Workshop on Distributed Computing and Network, Tsukuba 1992. 101 (1993)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1992 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Morita: "Electron Trigger Rates and the Calorimeter Simulation" JSD-Notes. 54. 1 (1990)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] Hirokazu Ikeda and Norihiko Ujiie: "Radiation Effect on Fast Bipolar Amplifier" Nucl.Instruments and Methods in Physics Research. A308. 596-598 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Teramoto: "Cosmic Ray Muon Intensities at SDC" JSD-Note. 7. 1 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Arai,H.Ikeda,Y.Watase: "Conceptual Design of Straw Tube Readout with TMC" SDC-Notes. 63. 1 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Arai et al.: "Conceptual Design Report for the SDC Barrel and Intermediate Muon Detectors Based on a jet-type Drift Chamber" SDC Notes. 169. 1-239 (1992)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] T.Ohsugi et al.: "Radiation Damage Test of Double Sided Strip Detector Fabricated by Hamamatsu Photonics" HUPD(Hiroshima University). 14. 1 (1990)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Arai,T.Matsumura,and K.Endo: "A CMOS four-channel X 1K Time Memory LSI with 1-sn/b Resolution" IEEE Journal of Solid-State Circuits. 27. 359-364 (1992)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] Katsuya Amako: "COMPUTING/SOFTWARE FOR SDC:A CONSERVATIVE APPROCH TO OFF-LINE COMPUTING" SDC-Notes. 91. 1 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] N.Kanematsu: "EFFECT OF MAGNETIC SHIELDS IN A CALORIMETER ON HADRON ENERGY RESOLUTION" SCC-Notes. 91. 1 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Unno,A.Seiden: "GEOMETRIES,NUMBER OF HIT LAYERS AND MATERIAL THICKNESSES OF THE NEW SI DISIGNS" SCC-Notes. 91. 1 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Unno: "THE EFFECTS OF MATERIAL IN THE TRACKING VOLUME-E/P ISSUES AND TRACK-SHOWER MATCHING" SCC-Notes. 91. 1 (1991)

    • 関連する報告書
      1991 実績報告書
  • [文献書誌] N.Ujiie and H.Ikeda: "Radiation Damage to a very fast Bipolar SST Transistor" KEK Preprint. 90ー48. 1-11 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Arai: "VDHL Simulation for the Straw Tube Readout" KEK Preprint. 90ー121. 1-14 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Arai: "Time Measurement System at the SSC" KEK Preprint. 88ー130. 1-10 (1989)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] T.Ohsugi et al.: "Radiation Damage Test of Double Sided Strip Detector Fabricated by Hamamatsu Photonics" HUPD(Hiroshima University). 9014. 1-12 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Unno: "Design of a liquid argon calorimeter for SDC" Proceedings of the First JSD Workshp. 1. 94-135 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書
  • [文献書誌] H.Ikeda: "Evaluation of bipolar amplifier prototype for silicon strip readout" Proceedings of the First JSD Workshp. 1. 254-278 (1990)

    • 関連する報告書
      1990 実績報告書

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公開日: 1990-04-01   更新日: 2016-04-21  

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