ミュー粒子稀崩壊探索実験のさらなる高輝度化に向けたソフトウェアトリガーの開発

• 研究課題/領域番号: 17K14267
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 内山 雄祐 東京大学, 素粒子物理国際研究センター, 特任助教 (90580241)
• 研究協力者: 宇佐見 正志
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: データ収集システム / トリガー / ミュー粒子稀崩壊探索 / 大強度加速器実験 / 計算機クラスター / 素粒子実験 / ミュー粒子稀崩壊 / レプトンフレーバーの破れ

研究成果の概要

世界最大強度のミュー粒子ビームを用いたレプトンフレーバーを破るミュー粒子稀崩壊探索実験MEG IIにおいて課題となっている効率よいデータ削減に，ハードウェア・ソフトウェアの両観点から取り組んだ。２４０ MB/sで取得される大量のデータをリアルタイムで解析することで，信号事象を取りこぼすことなく３０ MB/sまで削減する手法とシステムを構築した。MEG II実験の開始に先立ちデータ収集に関し準備をすすめ，目標とする実験感度（崩壊分岐比6×10の-14乗）の達成をより確実のものとした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

分岐比10の-13乗以下のレプトンフレーバーを破るミュー粒子稀崩壊探索は素粒子のフレーバー研究の最重要課題の一つである。実験開始に先立ってデータの取り扱いを確立したことで，目標とする実験感度の達成をより確実のものとした本研究は，国際共同実験MEG IIの成功，ひいては物理学の進展に大きく寄与したといえる。本研究によりMEG II実験に必要なストレージコストを１～２千万円程度削減できた。増大するデータ量の取り扱いは分野全体の課題であり，本研究で確立したシステムと，開発した高計数率下の事象再構成法はMEG IIのみならず他の中小規模強度フロンティア素粒子実験に生かすことができる。

研究成果

• [国際共同研究] Paul Scherrer Institute(スイス)
• [国際共同研究] Budker Institute of Nuclear Physics/Joint Institute for Nuclear Research(ロシア連邦)
• [国際共同研究] INFN Pisa/INFN Rome(イタリア)
• [国際共同研究] Paul Scherrer Institute(スイス)
• [国際共同研究] Budker Institute of Nuclear Physics(ロシア連邦)
• [国際共同研究] INFN Pisa/INFN Roma(イタリア)
• [雑誌論文] Hunting the muon's forbidden decay (2019)
  • 著者名/発表者名: Angela Papa、Francesco Renga、Yusuke Uchiyama
  • 雑誌名: CERN Courier 巻: May/June
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] MEG II実験 ―分岐比10-14台でのμ+→e+γ崩壊探索― (2018)
  • 著者名/発表者名: 家城佳、内山雄祐
  • 雑誌名: 高エネルギーニュース 巻: 37 ページ: 1-10
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Design and test of the calibration system of the MEGII Pixelated timing Counter (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Rossella, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 巻: - ページ: 300-302
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.10.129
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development and commissioning of the 30 ps time resolution MEGII Pixelated Time detector (2018)
  • 著者名/発表者名: P. W. Cattaneo, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 巻: - ページ: 660-662
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.09.055
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The design of the MEG II experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: A.M.Baldini, …, S.Ogawa et.al.
  • 雑誌名: Eur. Phys. J. C 巻: 78 号: 5 ページ: 380-380
  • DOI: 10.1140/epjc/s10052-018-5845-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] MEG II offline computing (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Uchiyama
  • 学会等名: Global Developments of Researches in Lepton Flavor Physics with Muons
  • 国際学会
• [学会発表] MEG II offline computing (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Uchiyama
  • 学会等名: PSI User's Meeting BV50
  • 国際学会
• [学会発表] MEG II 実験における陽電子の時間再構成法の改善 (2019)
  • 著者名/発表者名: 野内康介，他 MEG IIコラボレーション
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] Full System of Positron Timing Counter Having Time Resolution under 40 psec with Fast Plastic Scintillator Readout by SiPMs (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Nishimura, P. W. Cattaneo, F. Berg, M. Biasotti, G.Boca, M. De Gerone, A. De Bari, M. Francesconi, L. Galli, F. Gatti, U. Hartmann, Z. Hodge, P.-R. Kettle, M. Nakao, D. Nicol, W. Ootani, A. Papa, S. Ritt, M. Rossella, E. Schmid, Y. Uchiyama, M. Usami, K. Yanai
  • 学会等名: The 15th Vienna Conference on Instrumentation
  • 国際学会
• [学会発表] Large Scale Characterization of SiPMs in the MEG II Experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Uchiyama
  • 学会等名: International Conference on the Advancement of Silicon Photomultipliers
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] MEG II 実験陽電子スペクトロメータにおける検出効率改善のための再構成アルゴリズムの研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宇佐見正志，他 MEG IIコラボレーション
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] μ+ → e+γ 探索実験 MEG II 2018年度の展望 (2018)
  • 著者名/発表者名: 内山雄祐，他 MEG IIコラボレーション
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] MEG II Offline and Analysis Resources (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Uchiyama
  • 学会等名: PSI User's Meeting BV49
  • 国際学会
• [学会発表] Scintillation detectors in MEG (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Uchiyama
  • 学会等名: The Fall 2017 CALICE collaboration meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] MEG実験ホームページ
  • URL: http://meg.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/