ATLAS at Anywhere (旧 ATLAS at Osaka)

高エネルギー委員会とRRB

昨日の晩CERNから戻りました。で,今日は高エネルギー委員会に出席しました。最近は1ヶ月にヨーロッパを2往復する上に,ちょこちょことその他の出張もあるので,出張好きの鉄人Tさんのような移動量になってきました。でもそのおかげで,ちょっと無理して(スケジュールを若干変更して)今日の高エネルギー委員会に出席したのですが,その収穫がある会合でした。明示的に今回のアジェンダに入っていたわけではないのですが,次回の大型マスタープランに向けて高エネルギー委員会としてはどういう動きをするのかの議論になり,そこの議論にいられただけでも予定を変更した甲斐がありました。

それから,RRBの結果を書いてなかったので,それについても簡単に書いてしまいます。

ちょっとややこしいですが,まず最初に理解して欲しいのはLHCの運転経費とATLASなどの検出器の運転経費の承認は別の場所で行われます。加速器であるLHCの運転経費はメンバー国によって賄われているので,その予算の承認などはRRBではなく理事会で行われます。日本も払っているATLAS運転経費とコンピューティング経費についての承認はRRBで各検出器ごとに行われます。

ということで,RRBで通常承認されるのは毎年のATLAS運転経費です。まあ,これは毎年のほぼ決まった額なので大きな議論はないのですが,今回は,Phase-IIアップグレードに関する承認ごとがあり,いつもと違ってその部分は熱のこもった議論になりました。繰り返しですが,今回の議論はPhase-IIアップグレードすなわち検出器のアップグレード計画に関するもので,LHC加速器のアップグレードについての承認ではありません。そのプロセスは上記のように理事会で行われ,計画自体はすでに承認され,ちょうど今週,そのdesign reviewが行われ,それも成功裏に終わったというようなニュースが流れていました。

話を検出器アップグレードに戻すと,ATLASもCMSも3段階の承認を得て,検出器建設を開始できます。今回のstep1は,TDR(Technical Design Report)の作成を開始してよいかどうか,次のstep2はTDRの内容の承認,そして最後のstep3が建設開始の承認です。TDRまで行かないと,検出器の設計が最終的なものにまでなりませんし,ということは必要な予算の見通しもそこまで行かないと甘いものになります。で,先にも書いたようにかなり熱のこもった議論の後,めでたく承認されました。

今私は,承認内容に関する正式な文書が出されるのを待っているのですが,最終微調整に手間取っているのかまだ出てきていません。例えば,FRBの会合の後の声明の微妙な表現内容で株価が大きく上下したりしますが,それと似たところがあって,微妙な表現の違いでどう解釈されるかわからないので,この手の文章の作成は短い文章だし,書いてあることは当たり前だろうというようなことでも,結構神経を使うし時間のかかる作業だったりします。って,そんなことを思ってるうちに,私がチェックしてるところとは違うルートで発表されてしまうのかもしれませんが。。

まあ,いずれにせよ,今回の承認に向けて,ATLASもCMSも大体の予算見通しを立て,幾らくらいで検出器を作るとどんな物理成果が得られるのか,という見通しを3つのシナリオ(=検出器の値段)に基づいて纏めるという難作業を行ってきました。それが承認されたのですから,ひとまずめでたいです。

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シリコン検出器グループの活動

ATLAS日本グループの中には幾つかのサブグループがありますが,その一つにシリコン検出器グループがあります。さらにその中に大きく分けて3つのアクティビティがあります。ATLASの荷電粒子検出器の一つであるシリコンストリップ検出器の運転関連を行っているグループ,同じく荷電粒子検出器の一つであるシリコンピクセル検出器の運転関連を行っているグループ,そして,約10年後のATLASアップグレードのためのシリコン検出器開発を行っているグループの3つです。

今までは,一言でシリコングループと言ってもそれら3つのグループ同士であまり交流することなく活動してきたのですが,グループとしてのアクティビティを上げるためにはもっとお互いを知る必要があると考えていました。が,そういうことを大阪時代の私が言っても何も変わることはありませんでした。しかし,現在の私はATLAS日本グループの代表という立場以外に,このシリコングループのリーダーという役目も担っていまして,その立場を利用して(?)ようやく3つのサブグループ全体で集まるミーティングを始めることができました。

とは言っても,そのミーティングを始めたのは最近で,今日はその2回目でした。たまたまCERNにいたので,現場での運転組と一緒にミーティングに参加したのですが,学生と若いスタッフみんなに元気がありミーティングを存分に楽しむことができました。3つのサプグループが一堂に会するとかなりの人数になりますし,若くて元気な人が多いので議論が非常に充実していました。まだ始めたばかりですが,手応えを感じる,そんな今日のミーティングでした。お互いが刺激を与えあい,またみんなの力を上手く集結できれば,日本シリコングループのアクテビティはさらに上がること間違いありません。そういう確信を抱かせるミーティングで,今日はこれから気分良く晩飯を食べに行けそうです。

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今週CERN

昨日CERNに着きました。ヘルシンキ経由で,もともと飛行時間が比較的短いのですが,昨日の便は乗り継ぎ時間が短かったので,家を出てからCERNに着くまでの時間が20時間弱で済みました。つくばから成田に行く利便性が低いので安全策を取っているのですが,もう少しアグレッシブにすればあと1時間弱短縮できるかもしれません。

ヘルシンキ空港での今回の乗り継ぎは極めてスムーズ。前回は入国審査がとてつもなく混んでいて参りましたが,今回は前回とは違う(空港内での)経路で,この経路のときはいつも短時間で乗り継ぎできます。というか,今回は乗り継ぎ時間が1時間しかなかったので,前回のように混んでるところを通過しないとならなかったら,ジュネーブ行きの便に間に合いませんでした。なので,乗り継ぎ大丈夫かちょっと心配していたのですが,問題がなくてよかったです。

今週CERNに来ているのは,LHCのResource Review Board (RRB) という会議に出席するためです。LHC関連の実験全てのfunding agency関係者が集まって,まあ,一言で言うと予算について議論決議する催しです。年に2回開催されていて,私は今回が2回目の出席となります。会議自体はfunding agencyが予算を認めるかどうかというのが主眼で,私の本来の役目は日本のfunding agencyである文科省とATLASというかATLAS日本グループとの間の橋渡し役です。加えて,CERN理事会同様,文科省にも送る議事録を書かなければならないので,それも私の重要任務の一つとなります。

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日大での研究会

昨日は,理論の研究会でトークをするために日大へ行ってきました。益川さん率いる益川塾と日大の理論が主催しているシンポジウムで,私のトークの前に(トークのトップバッターだった)益川さんの有難い挨拶が聞けたのは収穫でした。

予想はしていたのですが,私が交流のある現象論の人だけではなく,純粋理論に近い人が多く,トークの半分を費やしたLHCや検出器の話を面白いと思っていただけたのか謎です。でも,理論屋さんを相手に相手の嗜好に近づいて理論の話をすることができるわけではありませんし,私が講演に呼ばれたということは実験の現状を聞きたいということでしょうから,その一番重要なLHC関連に一番多くの時間を割きました。

研究会とは関係ありませんが,日大はアクセスが便利なところで助かりました。御茶ノ水(駿河台?)の会場まで,つくばエクスプレスと千代田線を使って約1時間で着けました。駅からキャンパスが近いのも楽でした。東大も同じく千代田線でアクセスできるのでつくばから行くの楽ですし,利便性は距離ではなく交通網次第だとつくづく感じました。

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1GB/s

前回のエントリーでは何かを書こうと思っていましが,だいぶ長くなったので途中でやめたということは覚えているのですが,何を書きたかったのか(当然)すっかり忘れてしまいました。。そこで,前回エントリーを読み返してみると...

40MHzで起こるバンチ交叉。その交叉ごとに数10の陽子陽子衝突が発生し,1事象(=1バンチ交叉で発生する全ての陽子陽子衝突事象の重ね合わせ)あたりのデータ量がオーダー1MBなので,それらを全て記録することは到底できない,というところで話が終わっていました。

じゃあどうするかというと,記録する事象だけ選ぶトリガーというものを導入します。40MHzで発生する陽子陽子衝突事象の中から,これはHiggsの解析に使えそうだ,これはSUSY探索に使えそうだ,これは検出器の較正に使えそうだ...というように,有用そうな特徴のある事象だけにトリガーをかけてデータとして記録します。平たくいうと,データ収集するためにオンラインで事象選別をするわけです。

しかし,すでに記録されたデータから事象選別するのと違って,事象として記録するかどうかの判断とそのデータ収集を並行して(?)行わなければなりません。そこで,シリコン検出器では40MHzで発生する陽子陽子衝突に対して,各センサーに粒子通過の信号があったかどうかなどの記録を一旦全てシリコンセンサーに貼り付けてあるICに記録します。たとえば256回分のヒット情報を格納しておけるメモリーがあると考えてもらえればよいかと思います。で,そのヒット情報が上書きされないうちに,つまり256×25ns(=1/40MHz)以内に,有用なデータとして記録せよというトリガー信号が来た場合,それに対応するメモリーに入っていたヒット情報をデータとしてテープに記録する,という仕組みになっています。今はシリコン検出器を例にしましたが,基本的にはどの検出器にも同様のメモリーがあります。

じゃあそのトリガー信号はどうやって作るかというと,これはまあ色々あるのですが,現在のATLAS検出器ではミューオン検出器あるいはカロリメータからの信号を使って,高い運動量のミューオンあるいは電子っぽいものがあるとか,ジェットっぽいものがいっぱいあるとか,そういう事象に対してトリガー信号を発行します。

こうしてデータ収集を行っているのですが,テープへの記録速度は今およそ1kHz。先にも書いた通り1事象のデータサイズが1MBのオーダーですから,結局1GB/sくらいで延々とデータを記録し続けています。とんでもない量ですね。だからこそ,グリッドを使うなどするコンピューティング技術もLHC実験の重要な一要素となっています。

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バンチ交叉ごとの衝突回数

昨日やったミーティングで,バンチ交叉ごとの陽子陽子衝突回数について理解できていない人が多かったので,このブログではこれまでに何度か説明したような記憶もありますが,しつこくまた説明してみます。

コライダー実験では,単位時間あたりの事象数は定義により,断面積(cm^2)×ルミノシティ(cm^{-2}s^{-1})です。LHCのエネルギーでの断面積は約80mb(通常はオーダー計算くらいしかしないので100mbという数字を使っています),LHCの設計値ではルミノシティは10E34,ですから,その2つの数字を掛け合わせて,単位時間当たりの陽子陽子衝突回数は8E8となります。あ,bの単位は10^{-24}cm^2です。

これで単位時間当たりの衝突回数がわかりましたら,バンチ交叉ごとの衝突回数を知りたければ,バンチの時間間隔がわかればよいということになります。話を簡単にするために,LHCのような円形加速器でその1周にわたりバンチが一定間隔で入っていることを仮定します。現在LHCでは設計値である25ns間隔で運転していますので,その数字を使うとバンチ交叉の周期が40MHzですから,[8E8]/[40MHz]あるいは,私は単位を揃えることだけを考えて8E8×25nsと計算するのですが,いずれにせよ,バンチ交叉あたりの衝突回数は20回ということになります。

実際には,LHCの1周にわたり完全に等間隔にバンチが入っているわけではなく,全周にわたりRFの周波数に従ってぎっちりと陽子バンチが埋まっているわけではないので,バンチ交叉あたりの平均衝突数はもう少し多くて,設計値では23となっています。

ここまで読んでおわかりになったかと思いますが,定義からして当然なのですが,同じルミノシティの場合バンチ間隔が短いほどバンチあたりの衝突回数は少ないです。当たり前ですね。同じルミノシティということは,単位時間あたりの衝突回数が同じだと言ってるのですから,バンチのすれ違う回数が多ければ多いほど,そのバンチ交叉あたりでの衝突は少ないということになります。

バンチ交叉あたりの衝突回数が多いと,検出器に飛び込んでくる粒子の数が多くなるわけですから,それだけ検出器としては粒子の検出が難しくなります。それが理由で,検出器サイドは同じルミノシティを達成できるのであればバンチ交叉間隔は短くして欲しいという要望があります。ただし,加速器の立場に立つと,今回50ns間隔から25ns間隔にしたことによる新たな問題も発生しています。ざっくり言うと,って,ざっくりとしか私もわかっていませんが,陽子と陽子の間隔が短いがためにバンチ同士での相互作用が強くなりビームが不安定になるという問題があります。これによって,ビームの広がりが大きくなる(=エミッタンスが大きくなる)なんていうことが起きます。

なので,バンチ交叉間隔というのは,加速器側と検出器側の妥協の接点となります。とはいえ,検出器側もバンチ交叉間隔が短ければ短いほどいいかというとそんなことはなくて,検出器の反応の速さが有限ですので,具体的にはシリコンセンサーだったら,粒子がシリコンセンサーに入射して発生する電気信号を集める時間が有限なので,ある一定の頻度以上の陽子陽子衝突が起こっても時間的に分離できなくなって困ってしまいます。

25ns間隔で発生する陽子陽子衝突事象を記録するには,40MHzでデータ収集しなければなりませんが,ATLASのような莫大な検出器から来るデータをすべて記録することはできません。確か1事象あたりのデータサイズは1だか2MBだったはず。じゃあどうするかというと...

書き始めるときに考えていたことと違う方向に話が進んできてしまいましたし,もうだいぶ長くなったので,この続きはまた次回書いてみます。

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Collaboration meeting 終了

イタリアのレッチェでのCollaboration meetingを終えて日本に戻ってきました。さきほど成田に到着しました。

今回のミーティングでは一つハッキリと良いことがありました。学生によるポスターセッションがあり,それに日本から一人応募していたMくんが賞を取りました。優秀ポスター賞が2人に授与されるのですが,その一人に選ばれました。先週は日本はノーベル賞に沸いていたのかもしれませんが,レッチェではMくんの受賞に沸きました。

その他にも個人的には,ATLASグループの重鎮と幾つかのトピックスについてプライベートに話をできたのは収穫です。ATLASのcollaboration meetingだと規模が大きすぎて(デカイ国際会議並みの規模です)ミーティングそのものは,各プロジェクトをoverviewしてるだけになり,全体の状況を把握するにはよいのですが,具体的な方針の議論など細かい話はあまりできません。ですが,今回のように,CERNではなくどこかのホテルに缶詰めでやるミーティングだと,普段話をしない人と必然的に顔を合わせる機会が多くなるので,そういう意味ではCERNの外でミーティングをやることに意味があるのかな,という気がします。

が,しかし。やっぱり,イタリアは疲れます。あらゆることが系統立てられていないので,あらゆるところで不要な待ち時間があり,しかも,立ちっぱなしで待たないとならないことも多く,日本のきめ細かいサービスを愛している私にとっては,やはり心地よい滞在ではありませんでした。その典型的な例を一つ。

帰りのローマ→成田の機内でのことです。ビールがないなど色々と不満はあるのですが,私個人の不満はさておき,酷いなぁと思ったのは,到着直前の機内食の配布の仕方です。物凄く直前に配り始めるのでそもそもゆっくりと食べられないのですが,さらに凄いなぁと思ったのは,配る順番と食事を下げる順番が逆なのです。前から配り始めて後ろから食事を下げるのです。時間に余裕があり,その間隔が広ければそれでもまあ問題ありませんが,今回は,後ろまで配り終わったと思ったら,その直後2,3分で食事を下げ始めるのです。いや,もう笑いました。配り始めるのがあまりに遅くて,すぐに着陸態勢に入るので配膳を下げたい気持ちはわかるのですが...配ったのと同じ順番で下げましょうよ,アルタリアさん。一事が万事この調子で,ほんともう2度と乗りたくありません。いや,今回も乗りたくなかったけど日程上仕方なくアルタリアにしたわけですが。。

しかし,悔しいのは,南イタリアの景色です。レッチェという街は古い遺跡や建物があり小さいですが観光するには面白い街でしたし,私がいいなと感じたのは,ローマ近郊のベンハーに出てくるような景色です。そういう景色を目当てに,サービスが悪くても多くの観光客が訪れるんでしょうね。地下資源同様,羨ましい資源です。

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レッチェにてATLASミーティング

イタリアの踵部分に位置するレッチェという街に来ています。ATLASグループのcollaboration meetingに参加するためで,昨日の深夜になんとか辿り着きました。イタリアに来ると,特に南のほうに来るといつも感じることですが,やっぱりケイオスです。ローマ乗り継ぎの便だったのですが,空港,そして,ローマからレッチェ近郊の空港までの便に乗っただけでイタリアに来ているということを強く意識させられました。

イタリアのケイオスぶりはさておき,ミーティングでは,新たにdijet massのどデカイ事象が見つかっています。標準模型から大きく乖離しているわけではないのですが,13TeVって強力だなぁと思わせる大きさです。数字は言うとマズイかもしれないので書きませんが,夏の国際会議で見せていた5.4TeVを大きく上回ります。統計も順調に増えていて約2/fbに到達していますし,ルミノシティも順調に上がり最高値が4E33に近づいています。それから,気づいていませんでしたが,LHCのバンチ数が1452になって,Run1のときの1380を超えていました。LHCにビームを入射するときのコリメータが熱に耐えられなくて,SPSからは本来288バンチを一度に入射できるはずなのですが,それを144に制限しているために(キッカーのための)空バンチが増えてしまい,バンチ数を設計値の2835にできないという問題が現在あります。それでも頑張って詰め込めば2400バンチくらいは入れられそうだと言うことで,βを絞らなくてもまだルミノシティをあげられそうです。って,それが加速器の計画なのかはよくわかりませんでした。

しかし,dijetあるいはdileptonでmassの大きい事象が見つかるのは,標準模型の範囲内だったとしてもドキドキします。質量の大きな共鳴状態を探すのはLHCのようなエネルギーフロンティア実験の王道で,私のような単細胞人間にとっては理屈なしで心踊る解析です。少し統計が溜まるとドキドキ感が薄れてしまうのですが,今のように未踏のエネルギー領域での結果が出始めている段階は,自分で解析してるわけでもないのに重い事象があったと聞くと本当にドキドキしてしまいます。今見つかっているものが単発ではなく,ピークを作り始めるとよいのですが。。

ところで,質量の大きなdijetあるいはdilepton事象について真面目にコメントすると,とてつもなく大きな質量の事象ではジェットあるいはレプトンのエネルギーの較正がどれくらいの精度なのか,いや,当然系統誤差をつけているわけですがそれがどれくらい信用できるのか気になります。この手のエネルギー較正をやった経験が自分自身にないので,その感覚的なものがわかりません。較正に使っている事象はZが基本ですから,数TeVなんていうジェットやレプトンなんてほとんどありません。低エネルギーでの較正結果を超高エネルギーに外挿するわけですが,そこにどれくらいの信頼度があるのかという感覚がありません。いや,そんなことを言ってると,超高エネルギー宇宙線をやってる人に笑われるかもしれませんね。

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東工大にて研究会

一昨日と昨日は,ATLAS日本シリコングループ関連の研究会のために東工大へ連続の日帰り出張をしました。東工大は山手線の西側なので,KEKからは比較的遠いということがよくわかった2日間でした。研究会の内容に関しては,全部に出席できたわけではないのですが,Tくんを中心とする若手が中心となって立ち上げてくれたということもあって,学生も含めた若手の頑張りを感じることのできる研究会でした。元気のいい学生やポスドクの話を聞くのはいつも気持ちよいですし,非常に頼もしく感じました。

そんな研究会と並行して,一昨日は用事があって文科省に初めて行ってきました。立派な建物を前にしてエラく緊張しましたが,役人の方々のいる部屋は大きいとはいえ雰囲気がいかにも役所だったのには少し驚いたというか,納得したというか,とにかく緊張が少しほぐれました。窓口はないけど,市役所や大学の事務室と似た雰囲気です。ただし,部屋というかワンフロアが凄く広いので,そこは市役所とかとはだいぶ違います。

今は各省から財務省に予算要求が上がったところなので,その折衝で特に忙しいということでしたが,お会いした方々も本当にみなさんお疲れのご様子でした。でも,そこをなんとか頑張っていただき,J-PARCの電源やKEKBの運転経費などなんとか確保していただきたいところです。そしてその次にはぜひHL-LHCの予算をお願いしたいものです。
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