[論文レビュー] The CDF L2 Track Trigger Upgrade

D. J. Cox|ArXiv.org|Aug 5, 2008

Advanced Optical Sensing Technologies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、フェルミラブのCDF II実験におけるレベル2ステレオトラックトリガーアップグレードを提示し、高密度のステレオピクセルデータを用いて3次元トラック再構成を向上させることで、トリガーレートを2–4倍低減しながら97%の効率を維持する。このシステムは、スパarsifiedステレオデータのオンデマンドでビット単位の処理を実行し、$z_0$ と $\cot\theta$ をそれぞれ11 cmおよび0.13 radの分解能で抽出する。高光度環境下でも物理的受容性を損なわず、性能を著しく向上させる。

ABSTRACT

This proceedings describes the XFT stereo upgrade for the CDF Level 2 trigger system. Starting with the stereo finder boards, up to the XFT stereo track algorithim implementation in the Level 2 PC. This proceedings will discuss the effectiveness of the Level 2 Stereo track algorithm at achieving reduced trigger rates with high efficiencies during high luminosity running.

研究の動機と目的

• 複数の$p\bar{p}$衝突による重複ヒットが生じる高瞬間的光度下で、CDF II実験におけるトリガーレートの増大を是正すること。
• より高解像度のステレオトラック情報を取り入れることで、レベル2トリガーシステムを強化し、トラック純度を向上させ、誤検出を低減すること。
• スパarsifiedデータを用いて、CPU負荷を最小限に抑えるための効率的でオンデマンドのステレオトラックパラメータ（$z_0$ と $\cot\theta$）再構成を可能にすること。
• 帯域幅と遅延を低減しながらも、高$ p_T $過程の物理的受容性を維持するため、帯域幅と遅延を削減すること。
• 3次元トラック幾何学的特徴と改善されたパターンマッチングを活用することで、XFTトラックトリガーシステムの性能をレベル1を越えて拡張すること。

提案手法

• レベル2ステレオアップグレードは、レベル1よりも高い$\phi$ピクセルおよびトラックスロープの粒度を持つ新しいデータストリームを導入し、1トラックあたり1620ビット（6セル × 18 $\phi$ピクセル × 3スーパーレイヤー × 5スロープ）を用いる。
• ステレオトラックセグメントは、12本のセンスワイヤーにわたるヒットパターンを解析することで特定され、$p_T > 1.5$ GeV/cのトラックに対してドリフト時間モデルを用いて$\phi$およびスロープを予測する。
• システムは、軸上トラック位置付近のステレオデータをオンデマンドでアンパックし、関心領域にのみ焦点を当てることで計算負荷を低減する。
• ビット単位の再構成アルゴリズムは、ステレオレイヤー間のピクセルを統合し、スロープフィルタリングを適用し、一致するピクセルの三重組みを形成することで本物のトラックを同定する。
• |z_0| < 60 cmに外挿される三重組みのみを対象とし、ピクセルの位置ずれ相関から$z_0$ と $\cot\theta$ を計算する。
• 全処理はCPU使用量を最小限に抑えるためにビット単位の演算のシーケンスに最適化され、再構成遅延は光度に比例して増加する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高光度下で、物理的効率を維持しつつ、誤ったトラックトリガーをどのように低減できるか？
• RQ2 ステレオトラッキングにおけるより高い$\phi$ピクセルおよびスロープの粒度は、トラック再構成の正確性と純度をどの程度向上させるか？
• RQ3 高レート環境下におけるオンデマンドでスパarsifiedされたデータアンパックが、CPU負荷およびトリガーラテンシに与える影響は何か？
• RQ4 ピーク光度下で、再構成された$z_0$ と $\cot\theta$ パラメータは、偽のセグメントから本物のトラックをどの程度正確に解離できるか？
• RQ5 レベル1とレベル2のアップグレードを組み合わせた場合、全体のトリガーレート低減および物理的受容性への総合的効果は何か？

主な発見

• レベル2ステレオトラック再構成は、$z_0$分解能が11 cm、$\cot\theta$分解能が0.13 radに達し、分解能分布がガウス分布に近く、高い信頼性を示している。
• ステレオトラック再構成により、レベル1単体と比較してトリガーレートが2～4倍低減され、システムの帯域幅効率が顕著に向上した。
• 光度が増加しても、トラック再構成の効率は97%を維持し、高$ p_T $物理的シグネチャの受容性が保たれている。
• オンデマンドでのステレオデータアンパックによりCPU負荷が低減され、再構成時間は光度に比例して増加するが、許容可能な遅延範囲内に保たれている。
• レベル1とレベル2のアップグレードを組み合わせることで、全体のトリガーレートが3～5倍に低減され、CMXミューオントリガーのクロスセクション測定で裏付けられた。
• 不一致するスロープをフィルタリングし、一致するピクセル三重組みを要件とすることで、偽セグメントの抑制が効果的に実現され、高占有度下でも純度が向上した。