[論文レビュー] The BABAR Detector: Upgrades, Operation and Performance

The BABAR Collaboration|arXiv (Cornell University)|May 15, 2013

Medical Imaging Techniques and Applications被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、PEP-II BファクトリーにおけるBABAR検出器の設計、アップグレード、運用および性能について詳述しており、包括的な計器、トリガーシステム、およびデータ取得をカバーしている。検出器は、トラッキング、バーテックス再構築、および粒子同定の高効率を実現し、B中間ボソンの崩壊およびCP対称性の破れの精密測定を可能にした。

ABSTRACT

The BABAR detector operated successfully at the PEP-II asymmetric e+e- collider at the SLAC National Accelerator Laboratory from 1999 to 2008. This report covers upgrades, operation, and performance of the collider and the detector systems, as well as the trigger, online and offline computing, and aspects of event reconstruction since the beginning of data taking.

研究の動機と目的

• BABAR検出器がPEP-II Bファクトリーで10年間にわたりどのように進化し、運用されたかを文書化すること。
• 高インテンシティ条件下でも性能を維持するために、トラッキング、カリメトリー、ミューオン系の各システムに実施された技術的アップグレードを詳細に記述すること。
• トラッキング効率、バーテックス分解能、および粒子同定の性能指標を提示すること。
• 高レート条件下でも効率的なイベント選別を可能にしたデータ取得およびトリガーシステムの説明。
• 検出器がフラーバー物理学およびCP対称性の破れの精密測定に果たした貢献を要約すること。

提案手法

• BABAR検出器は、中心部トラッキング系（SVT）、電磁カリメトリー（EMC）、およびミューオン系を有する多層構造を採用し、1.5 Tのソレノイド磁場内に設置された。
• アップグレードでは、バーレルおよびフォワード領域の元来のRPCを、時間分解能および放射線耐性に優れたLST（Large Strip Thin検出器）に置き換えた。
• トリガーシステムは2段階のアプローチを採用し、レベル1（ハードウェアベース）とレベル2（ソフトウェアベース）の段階を経て、パターン認識および$z$-$p_{\rm t}$識別にDCT、ZPD、ZTBなどのコンponentsを用いた。
• データ取得は、RAWイベントの保存にROM（Readout Module）およびXTCフォーマットを用い、Xrootdにより複数のコンピューティングセンター間でのスケーラブルなデータアクセスを実現した。
• 放射線モニタリングは、SVTRADおよびRADFETセンサーを用いて実施され、ビームの安全性および検出器の完全性を確保した。
• 検出器の性能は、$\Upsilon(4S)$崩壊および$B^0 \to \bar{B}^0$混合を用いたキャリブレーションにより検証され、大規模なデータサンプルからアライメントおよびキャリブレーション定数が導出された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BABAR検出器は、PEP-IIの高インテンシティ条件においてどのようにして高い性能を維持したのであろうか？
• RQ2 トラッキング、トリガー、および粒子同定システムにおける主な技術的アップグレードは何か。それらは物理的探査範囲をどのように向上させたのであろうか？
• RQ3 トラッキング、バーテックス再構築、および粒子同定の測定効率および分解能は、それぞれどのように測定されたのであろうか？
• RQ4 データ取得およびトリガーシステムは、高イベントレートに対処し、低デッドタイムを確保するためにどのように設計されたのであろうか？
• RQ5 検出器は、CP対称性の破れおよびレアB中間ボソン崩壊の測定に、どのように貢献したのであろうか？

主な発見

• SVTは、高運動量トラックに対して99％を超えるトラッキング効率を達成し、5 GeV/cにおける運動量分解能は$\sigma(p)/p \approx 0.5\%$であった。
• LSTを用いたトリガーシステムは、元来のRPCと比較して誤検出率を40％低減し、B中間ボソン崩壊候補の選別を向上させた。
• SVTにおけるバーテックス分解能は$\sigma_{\rm z} \approx 40$ μmおよび$\sigma_{\rm r} \approx 10$ μmに達し、B中間ボソンの寿命の精密測定を可能にした。
• EMCは1 GeVにおけるエネルギー分解能で$\sigma(E)/E \approx 2.5\%$を達成し、$B \to \pi \pi$および$B \to \pi \ell \nu$崩壊の分析に不可欠であった。
• DIRCシステムは、3 GeV/cにおけるパイオン-カイオン分離で$\sigma_{\rm KL} \approx 2.5$を達成し、$B \to K \pi \pi$および$B \to \pi \pi \pi$解析に不可欠であった。
• 信号イベントに対する全体のトリガー効率は、レベル1段階で95％以上であり、ピークインテンシティ時におけるデッドタイムは1％未満であった。