[論文レビュー] Belle II Technical Design Report

K. Abe, I. Adachi+408 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2010

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers被引用数 444

ひとこと要約

Belle II技術設計報告書は、日本の高エネルギー加速器研究機構（KEK）におけるBelle II実験の包括的な技術的枠組みを概説しており、未踏の光度と精度を実現する重味クォークおよびレア粒子物理学の研究を目的としています。この報告書は、検出器システム、トリガおよびデータ取得、ソフトウェアとコンピューティングインfra構造、シミュレーションツールを詳細に記述しており、その主な貢献は、電弱相互作用の標準模型を超える新物理を探索することを目的とした次世代Bファクトリー実験の完全かつ統合的な設計を提供することにあります。

ABSTRACT

The Belle detector at the KEKB electron-positron collider has collected almost 1 billion Y(4S) events in its decade of operation. Super-KEKB, an upgrade of KEKB is under construction, to increase the luminosity by two orders of magnitude during a three-year shutdown, with an ultimate goal of 8E35 /cm^2 /s luminosity. To exploit the increased luminosity, an upgrade of the Belle detector has been proposed. A new international collaboration Belle-II, is being formed. The Technical Design Report presents physics motivation, basic methods of the accelerator upgrade, as well as key improvements of the detector.

研究の動機と目的

• 10年間で50 ab⁻¹のデータ収集が可能な高光度Bファクトリー実験の設計。
• B中間子およびタウレプトンのレア崩壊およびCP対称性の破れの高精度測定の実現。
• 標準模型を超える新物理の探索、特に稀な過程やエキゾチック状態の検出。
• 1秒間に10^10イベントを処理できるスケーラブルで分散型のコンピューティングおよびソフトウェアインフラの構築。
• 将来的なアップグレードおよび長期的なデータ保存に完全に適合する設計の確保。

提案手法

• 高レート動作に最適化された、前後対称型の検出器（バーテックス検出、トラッキング、粒子識別システムを備える）。
• ハードウェアおよびソフトウェアの二段階トリガシステムを導入し、データレートを10^10から約10^4イベント/秒に低減。
• イベント再構築およびシミュレーションに適したモジュラーでオブジェクト指向のソフトウェアフレームワーク（例：ROOT、Python、XMLベースの設定）の採用。
• グリッドおよびクラウド技術に基づく分散型コンピューティングモデルの開発。AMGAメタデータカタログおよびWLCG基準を活用。
• 新規トラック探索/フィッティングアルゴリズムおよび粒子識別システム（TOP、A-RICH）を含む高度な再構築ツールの統合。
• 新しい再構築フレームワークの準備が整うまでの間、既存のBelleソフトウェアツールを用いたベンチマークパイプラインの確立。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、高精度なトラッキングおよびPID分解能を実現しつつ、50 ab⁻¹の統合光度を達成できる検出器システムを設計できるか？
• RQ2 1秒間に10^10イベントを処理し、1年間に10^10イベントを保存できるコンピューティングアーキテクチャはどのようなものか？
• RQ3 スケーラブルなリアルタイム再構築およびシミュレーションを実現するためのソフトウェアフレームワークは、どのように設計されるべきか？
• RQ4 Belleコンピューティングシステムのアップグレードに伴う主な技術的課題は何か？
• RQ5 新しいトラッキングおよび粒子識別ツールは、現代的で拡張性のあるソフトウェアスタックにどのように統合できるか？

主な発見

• Belle II検出器は、10年間にわたり50 ab⁻¹の統合光度を達成する設計となっており、これにより、稀な崩壊およびCP対称性の破れの高精度な研究が可能となる。
• トリガシステムは、二段階アーキテクチャを採用することで、データレートを10^10から約10^4イベント/秒に低減することが期待される。
• コンピューティングシステムは2012年早期に設置予定であり、その後すぐにフルパイプラインの検証を目的としたドレスリハーサルが開始される。
• 新しいツールの準備が整うまでの間、現在のBelleシステムに基づくトラッキングソフトウェアのベンチマーク版が使用され、新しいツールは2013年までに提供予定。
• ソフトウェアフレームワークは、ROOT、Python、XMLを用いたモジュラーで拡張性のあるコンponentsを採用しており、スケーラブルな再構築およびシミュレーションを可能としている。
• コンピューティングインfraストラクチャには、グリッド、クラウド、メタデータ管理（AMGA）のテストが含まれており、JFY 2012までに完全な展開が予定されている。