[論文レビュー] Performance and First Physics Results of the SVT Trigger at CDF II

I. Vila|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2003

Particle Detector Development and Performance参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、CDF IIにおける新しいレベル2トリガープロセッサとしてのシリコンバーテックストリガ（SVT）を提示する。SVTは、離れた軌道のインパクト・パラメータカットを用いて、長寿命の重いフラーバー粒子を正確かつリアルタイムに同定可能にし、オフライン再構成の精度に一致する。これはB物理学のトリガーを顕著に向上させ、高効率な半レプトン的および完全ハドロン的BおよびD崩壊を可能にし、初の物理的結果として$B_s\to D_s\pi$、$\Lambda_b\to\Lambda_c^+\pi^-$、 charm崩壊におけるCP非対称性の観測を含む。

ABSTRACT

For the first time in a hadron collider, a novel trigger processor, the Silicon Vertex Trigger (SVT), allows to select the long-lived heavy flavor particles by cutting on the track impact parameter with a precision similar to that of the offline reconstruction. Triggering on displaced tracks has enriched the B-physics program by enhancing the B yields of the lepton-based triggers and opened up full hadronic triggering at CDF. After a first commissioning period, the SVT is fully operational, performing very closely to its design capabilities. System performance and first physics results based on SVT selected data samples are presented.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突環境下で長寿命の重いフラーバー粒子に対するリアルタイムで高精度なトリガーを開発・実装すること。
• インパクト・パラメータ選択を用いて、レプトンベースおよび完全ハドロン的トリガーの効率を向上させることで、B物理学の探査範囲を拡大すること。
• 離れた軌道再構成を用いて、ハドロン衝突器で初めて完全ハドロン的BおよびD崩壊のトリガーを実現すること。
• 設計仕様と照らし合わせてSVTの性能を検証し、初の物理的測定における実用性を示すこと。
• SVTで選択されたデータサンプルを用いて、希少で高精度なBおよびD崩壊、CP非対称性および質量差を測定すること。

提案手法

• SVTは、CDFトリガーシステムのレベル2で動作する、カスタムVLSIベースでパイプライン化され、高度に並列化されたトリガープロセッサである。
• スパarsifiedされたSVX IIシリコン検出器のヒットとXFTで再構成されたCOTトラックを受け取り、横断面で2次元トラック再構成を実行する。
• システムは、粗い解像度の軌道テンプレート（250 μmのスーパーストローム、5°の角度ビン）を用いたアソシエイティブメモリを用い、ヒットとトラックに一致する候補トラック（ロード）を特定する。
• ヒットバッファはセクタデータを格納し、トラックフィッタは全空間解像度を用いて線形化フィットを実行し、トラックパラメータを推定し、品質カットを適用する。
• アーキテクチャは12個の独立セクタに分割されており、各セクタはSVX II検出器の1/12のウェッジを処理し、並列処理を可能にする。
• 全再構成は約15 μsで完了し、XFTトラック入力の遅延は1.9 μsであり、レベル2の第一段階バッファ窓と一致する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リアルタイムでハードウェアベースのトリガーが、ハドロン衝突器環境でオフライン再構成と同等のインパクト・パラメータ解像度を達成できるか？
• RQ2 SVTベースのトリガーは、半レプトン的および完全ハドロン的BおよびD崩壊の効率と収率をどの程度向上させるか？
• RQ3 SVTは、$B_s\to D_s\pi$ や $B^0\to\pi\pi$ のような希少で完全にハドロン的なB崩壊の検出において、どの程度の性能を示すか？
• RQ4 SVTは、$D^0\to K^+K^-$ や $D^0\to \pi^+\pi^-$ のようなcharm崩壊におけるCP非対称性の精密測定を可能にするか？
• RQ5 SVTで選択されたデータサンプルを用いて、$D_s^+$ と $D^+$ メソン間の質量差はどのくらいか？

主な発見

• SVTは設計目標の10％以内の性能を達成し、コンmissioning後、完全に運用可能であることが確認された。
• SVT強化型半レプトン的トリガーは、約10,000件の$B\to lD^0X$、1,500件の$B\to lD^{*}X$、5,000件の$B\to lD^+X$ イベントを収集し、フレーバー分類と寿命測定を可能にした。
• 完全ハドロン的トリガーは$B_s\to D_s\pi$崩壊を正常に収集し、ハドロン衝突器でこのゴールデンチャネルを初めて観測した。
• $\Lambda_b\to\Lambda_c^+\pi^-$崩壊は、インヴァリエント質量分布に明確な信号として再構成され、$\Lambda_b$バリオンの存在が確認された。
• $m_{D_s^+} - m_{D^+}$ の質量差は $99.41 \pm 0.38\,\text{(stat)} \pm 0.21\,\text{(syst)}\ \text{MeV}/c^2$ と測定され、理論的予想と整合的であった。
• charm崩壊における直接CP非対称性は、$D^0\to K^+K^-$ で $2.0 \pm 1.7\%$、$D^0\to \pi^+\pi^-$ で $3.0 \pm 1.9\%$ と測定され、新しい物理の顕著な証拠はなかった。