高輝度LHC実験で動作するリアルタイム解析型カロリメータの確立と超対称性の検証

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平成26年度はLHC加速器の運転はなく、アップグレード用の電磁カロリメータ読み出しバックエンド・エレクトロニクスの設計開発およびテストボード製作、また翌年度のLHC運転再開を見据えてデータ収集・処理の準備や電弱ゲージーノ探索の探索感度向上のための準備研究に注力した。読み出しエレクトロニクス開発においてはAvago社製組込み光トランシーバ・モジュールおよびFPGA GTX高速シリアル・トランシーバを実装するテストボード設計・製作し、要求される高速・高密度データ送受信が可能であるかの動作検証、またエネルギー再構成アルゴリズムのファームウェア実装・性能検証を行った。レーンあたり10Gbps以上の高速伝送および安定した多レーン同時動作を確認し、主要な研究開発項目の一つを完了させた。さらにフィルター処理によるパイルアップ信号に対する補正とエネルギー再構成を行うファームウェア実装については、疑似信号を用いた動作検証によって実験で要求される125ns以下のレイテンシでの動作を確認した。実機製作・導入時にはさらなる多チャンネル対応が求められる。スケーラビリティの検証も行い、リソース使用量の点でも実用に問題ないことを示した。超対称性探索、特に短飛跡識別による荷電ゲージーノ生成過程の探索の研究においては、その飛跡検出効率の改善が探索感度改善のために最も重要な項目である。有力な超対称性シナリオの一つであるAMSBモデルでは最も軽い荷電ゲージーノが0.2ns程度(cτ=60mm)の寿命をもつ。これまでの解析では飛跡半径300mm以上の信号しか再構成できなかったため、その検出効率の低さにより探索感度が制限されていた。しかし新たに導入される最内ピクセル層を活用し、飛跡半径130mmまで検出可能な飛跡再構成法を開発した。これにより信号検出効率を従来からおよそ20倍改善し、また新たな解析手法も開発した。