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

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K14267
• 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)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: データ収集システム / 計算機クラスター / トリガー / ミュー粒子稀崩壊探索 / 大強度加速器実験

研究実績の概要

ミュー粒子の稀崩壊探索は標準模型を超えた新物理の検証に有効であり，これまでの探索感度を10倍向上させた新しい実験MEG IIが始まろうとしている。しかし，ビーム強度の向上と検出器の細分化により増大するデータ量の取り扱いが実験感度を制限する状況にある。そこで，並列化と詳細な事象再構成により高効率・高精度な事象選別を可能にするソフトウェアトリガーを開発しMEG II実験に導入することで，安定した高効率データ収集を保障し実験感度を最大化することが本研究の目的である。
最終年度は，これまでにくみ上げたDAQ・解析システムのボトルネックとなっている個所を同定し，システムの改善に取り組んだ。計算機ノード・ストレージ間を高い信頼性と低いレイテンシーを確保する100 Gbpsのネットワークシステムに増強することでMEG II実験での運用に耐えうるシステムを実現した。また，コンテナ技術をDAQ・解析フレームワークに導入し，拡張性・移植性・保守性を高めることに成功した。年度後半には全検出器をインストールした，本実験と同等のビーム強度での試験ランを実施し，システムの運用と検出器のデータ情報を得た。このデータをもとに再構成アルゴリズムと較正手法の研究を進め，前年度まで課題となっていたノイズの理解・除去と陽電子再構成効率および計算時間の改善を達成した。一方，共同研究者により進められているデータ収集回路の開発が遅れたため，当初計画していたMEG II実験の開始は次年度になる。今後，本研究で開発したシステムを本実験に適用していく。

研究成果

• [国際共同研究] Paul Scherrer Institute(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: Paul Scherrer Institute
• [国際共同研究] Budker Institute of Nuclear Physics/Joint Institute for Nuclear Research(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: Budker Institute of Nuclear Physics/Joint Institute for Nuclear Research
• [国際共同研究] INFN Pisa/INFN Rome(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: INFN Pisa/INFN Rome
• [雑誌論文] Design and test of the calibration system of the MEGII Pixelated Timing Counter (2019)
  • 著者名/発表者名: Cattaneo P.W.、Boca G.、De Gerone M.、Gatti F.、Nakao M.、Nishimura M.、Ootani W.、Rossella M.、Uchiyama Y.、Usami M.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 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 MEG II pixelated Timing Detector (2019)
  • 著者名/発表者名: Cattaneo P.W.、Berg F.、Biasotti M.、Boca G.、De Gerone M.、De Bari A.、Francesconi M.、Galli L.、Gatti F.、Hartmann U.、Hodge Z.、Kettle P.-R.、Nakao M.、Nicolo D.、Nishimura M.、Ootani W.、Papa A.、Ritt S.、Rossella M.、Schmid E.、Uchiyama Y.、Usami M.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.09.055
  • 査読あり / 国際共著
• [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 ページ: 印刷中
  • 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] The design of the MEG II experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: Baldini A. M.、et al. (MEG II Collaboration)
  • 雑誌名: The European Physical Journal C 巻: 78 ページ: 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
• [備考] MEG実験ホームページ
  • URL: http://meg.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/