[論文レビュー] A Study for a Tracking Trigger at First Level for CMS at SLHC

C. Foudas, A. Rose+2 more|ArXiv.org|Oct 25, 2005

Particle Detector Development and Performance参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、スーパーレイジングハドロンコライダー（SLHC）におけるCMS実験のための1段階目トラッキングトリガを提案し、ピクセル検出器データを用いてリアルタイムでの電子および光子同定を可能にする。OSCARフレームワークを用いたモンテカルロシミュレーションにより、SLHC条件下でもトラッカーの占有可能性が管理可能であり、正確なピクセルトラック情報とコンパクトなコリメータエネルギー付加を組み合わせることで、10^35 cm⁻²s⁻¹の光度で高レートの物理学が可能であることが示された。

ABSTRACT

It is expected that the LHC accelerator and experiments will undergo a luminosity upgrade which will commence after several years of running. This part of the LHC operations is referred to as Super-LHC (SLHC) and is expected to provide beams of an order of magnitude larger luminosity (1035cm-2sec-1) than the current design. Preliminary results are presented from a feasibility study for a First Level Tracking Trigger for CMS at the SLHC using the data of the inner tracking detector. As a model for these studies the current CMS pixel detector with the same pixel size and radial distances from the beam has been used. Monte Carlo studies have been performed using the full CMS simulation package (OSCAR) and the occupancy of such a detector at SLHC beam conditions has been calculated. The design of an electron trigger which uses both the calorimeter energy depositions and the pixel data to identify isolated electrons and photons has been investigated. Results on the tracker occupancy and the electron trigger performance are presented

研究の動機と目的

• スーパーレイジングハドロンコライダー（SLHC）時代におけるCMS実験への1段階目トラッキングトリガの実装可能性を評価すること。
• 10^35 cm⁻²s⁻¹の光度におけるSLHCビーム条件下での内側ピクセル検出器のトラッカー占有可能性を評価すること。
• ピクセルトラック情報とコリメータエネルギー付加データを組み合わせたトラッキングベースの電子トリガの設計および評価を行うこと。
• このようなトリガが、高相互作用レート下でも孤立した電子および光子を効率的に同定できるかどうかを特定すること。

提案手法

• SLHCビーム条件下での検出器応答をモデル化するために、フルCMSシミュレーションパッケージ（OSCAR）を用いたモンテカルロシミュレーションが実施された。
• 内側トラッキングシステムのベースラインモデルとして、現在のCMSピクセル検出器の幾何学的形状および仕様が使用された。
• SLHC光度レベルにおけるシミュレートされた粒子相互作用および検出器の細粒度に基づいて、トラッカー占有可能性が計算された。
• ピクセルトラック再構築とコリメータエネルギー付加を組み合わせて、孤立した電子および光子を同定するための統合トリガアルゴリズムが開発された。
• 高レート条件下での信号効率およびバックグラウンド抑制の観点から、トラッキングトリガの性能が分析された。
• 本研究では、リアルタイムでのトラックとエネルギークラスタ情報の一致を用いて、孤立した電子および光子を同定することに焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SLHC光度レベルにおけるCMS実験に1段階目トラッキングトリガを実用的に実装できるか？
• RQ2 10^35 cm⁻²s⁻¹の光度におけるSLHCビーム条件下でのピクセル検出器の予想占有可能性はどの程度か？
• RQ3 ピクセルトラック情報とコリメータデータを組み合わせたトラッキングベースのトリガは、孤立した電子および光子を効果的に同定できるか？
• RQ4 信号効率およびバックグラウンド抑制の観点から、従来のコリメータオンリートリガと比較して、トラッキングトリガの性能はどのように異なるか？

主な発見

• SLHCビーム条件下でもピクセル検出器のトラッカー占有可能性は管理可能な水準に保たれ、本研究では検出器が必要なデータレートを維持できることを示している。
• ピクセルトラック情報とコリメータエネルギー付加の併用により、1段階目のトリガレベルで孤立した電子および光子の同定が有効に行える。
• 提案されたトラッキングトリガは、信号効率を高く維持しながら、空間的およびエネルギー的マッチングによるバックグラウンドイベントの抑制を実現した。
• シミュレーション結果から、トラッカーに基づくトリガが高光度運用に適していることが示され、将来のCMSアップグレードにおける1段階目トラッキングの実現可能性を支持している。