Belle II実験においてタウ粒子稀崩壊を高感度で探索するためのトリガー開発

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本研究の目的は，Belle II 実験において背景事象を効率よく排除し，タウ粒子の検出効率を高められるトリガーシステムを開発することである．これにより，タウ粒子の荷電レプトンフレーバー非保存現象である tau -> 3 muon 崩壊の測定感度を向上へつなげる．そのためには新たなアルゴリズムを開発し，トリガーシステムへ実装，運用する必要がある．２年目は過去の実験データからカロリメータの情報を用いたモデルを構築し，トリガー回路への実装を試みた．Belle II実験は複数の検出器を使って物理測定を行う．当初は全検出器の情報を用いたアルゴリズム開発に専念していた．しかし，トリガーアルゴリズムの性能評価として，基準となる独立した別アルゴリズムがある方が望ましいことから，カロリメータと呼ばれる電磁シャワーからエネルギーを測定する検出器のみ使用することにした．まず，ソフトウェア上で性能評価した．信号検出効率と背景事象排除効率の関係を示すROC曲線により，既存のカロリメータを用いたアルゴリズムよりも優れた性能が達成できることがわかった．実装後は遅延時間を確認する．読み出し回路にはメモリが搭載されているものの，データ保持時間には制約がある．トリガーシステムはこの制約内で情報を処理し，読み出し回路へトリガーを発行しなければならない．この時間を遅延時間という．まず，開発したアルゴリズムをトリガー用電子回路のロジックへ実装し，回路上でのシミュレーションで処理時間が100ns程度と十分に短いことを確認した．現行のシステムでは200ns以下の遅延時間であれば問題ない．また，実際の検出器を用いて宇宙線測定を行い，トリガーが要求する遅延時間内に発行されていることを確認できた．今後は物理測定が再開次第，このトリガーアルゴリズムのタウ検出効率を物理データから評価する．