[論文レビュー] Data Scouting : A New Trigger Paradigm

Swagata Mukherjee|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、CMS実験における新しいトリガー・パラダイムとしてのデータ・スカウティングを紹介する。この手法は、ハイ・レベル・トリガー（HLT）でオンラインで主要なオブジェクトを再構築し、フル・オフライン再構築を回避してコンパクトな形式で保存することで、高レートの物理イベント収集を可能にする。この技術により、ジェットまたはミュー粒子に崩壊する軽い共鳴状態の感度が向上し、標準的なトリガーと比較して2–6倍のイベント数を達成した。Run IIのデータでは、1.6 TeVまでの二ジェット共鳴状態の探索に成功した。

ABSTRACT

In the year 2011, the CMS collaboration introduced the novel concept of data scouting, allowing to take data that otherwise would be rejected by the usual trigger filters. This special data flow, based on event-size reduction, was created to maintain sensitivity to new light resonances decaying to jets or muons, with very small online and offline resources allocated to it. The challenges implied by this new workflow and the solutions developed within the CMS experiment are shown. This technique is now a standard ingredient for CMS data-taking strategy. The present status of data scouting in CMS is presented.

研究の動機と目的

• 帯域幅と処理制約のため、高レートで有意でないイベントが従来のトリガー・システムによって除外されるという制限を克服すること。
• 標準的なトリガーでのフィルタリングによって失われる可能性がある、ジェットまたはミュー粒子に崩壊する軽い共鳴状態の感度の高い探索を可能にすること。
• DAQやオフライン再構築システムに負担をかけることなく、物理解析に適したイベント情報の保存を可能にする、スケーラブルで低オーバーヘッドの手法を開発すること。
• 特に高品質な共鳴状態の探索において、これまで未探索の領域にまでLHCの探査範囲を拡大すること。
• 完全にハドロン的崩壊にとどまらない多様な最終状態への応用を想定した今後の利用に向けたフレームワークを提供すること。

提案手法

• 高いイベントレートを許容するため、緩い選択基準を適用する専用のHLTトリガー経路を実装することで、データ・スカウティングを実現する。
• オフライン再構築より性能が低いが、多くの解析に十分なHLSレベルのアルゴリズムを用いて、物理オブジェクト（例：ジェット、MET、主頂点）をオンラインで再構築する。
• 生データではなく、再構築されたオブジェクトをコンパクトなイベント形式（1.5–10 kB/イベント）で保存することで、ストレージを100–1000倍削減する。
• 2つの主要なスカウティング・ストリームを導入：キャロリメータベースのジェットを対象とするコア・スカウティングと、粒子フローに基づくオブジェクトを対象とするPFスカウティング。それぞれに専用のトリガー経路とイベント内容を設ける。
• 性能評価と品質管理のため、オンラインおよびオフライン再構築バージョンの両方を保持する別個のモニタリング・ストリームを用意する。
• 発見信号がスカウティング・データで検出された場合に備え、パーキング・トリガーを統合して生データを保持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 計算リソースの過負荷を避けることなく、標準的なトリガーと比較してはるかに多くのイベント数を収集できるトリガー・システムを設計できるか？
• RQ2 HLTレベルで再構築されたオブジェクトは、オフライン再構築と比較して、物理解析に十分な性能を維持できるか？
• RQ3 データ・スカウティングは、従来の方法では到達できなかった領域において、ジェットまたはミュー粒子に崩壊する軽い共鳴状態の感度を効果的に拡張できるか？
• RQ4 スカウティング・フレームワークは、完全にハドロン的崩壊にとどまらない多様な最終状態の探索をサポートできるか？
• RQ5 データ・スカウティングは、レプトンを避けるZ′共鳴状態のような新しい物理の発見可能性にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 2016年の10^34 cm⁻²s⁻¹の光度において、コア・スカウティング・ストリームで最大3,700 Hz、PFスカウティング・ストリームで720 Hzのトリガー率を達成した。
• コア・スカウティング・ストリームは27 fb⁻¹のデータを収集し、0.6–1.6 TeVの質量範囲における二ジェット共鳴状態の探索を可能にした。
• PFスカウティング・ストリームにより、レプトンを含む最終状態の探索が可能になった。特に480 Hzのレートを達成した二ミュー粒子用の専用トリガー経路を設けた。
• モニタリング・ストリームにより、オンラインとオフライン再構築オブジェクトの性能を詳細に比較でき、系統的不確実性の範囲内で一貫性があることが確認された。
• この手法により、標準的なトリガー戦略と比較して、物理解析に利用可能な記録イベント数が2–6倍に増加した。
• Run IIデータのスカウティングを用いた最初の物理結果では、レプトンを避けるZ′共鳴状態の普遍的クォークカップリングgq′について95% CLの上限を示し、期待値と観測値が予測と一致した。