Transcript ppt - Atlas Japan

日本におけるアトラス実験の進め方
KEK素核研研究計画委員会
2005.5.31 近藤敬比古(KEK)
1
あらかじめ
・「アトラス実験の進め方」と言われても、
すでに進行中のプログラムなので、大部分
が経過と現状の紹介になります。
・次世代の国際協力実験の参考にしてください。
・LHC物理の可能性については2005年4月6日の前回会合で
の浅井氏の発表を参照してください。
2
LHC計画の予算規模
( 1CHF=90円で換算 )
（１）建設費
LHC加速器と土木工事
実験装置
ATLAS 529 MCHF
CMS
518 MCHF
ALICE 125 MCHF
LHCb
75 MCHF
CERN人件費（LHC分）
総
計
2950億円
1683億円 (factor ×1.5込み)
886億円
～ 5500億円
LEPトンネルや
SPSなど既存
設備を含まな
いことに注意。
（２）運転経費
CERNの経費（計算機含む）
外が出す実験運転経費（4実験を含む)
総
計
225億円/年
40億円/年
～ 265億円/年
3
LHC計画の主な歴史
•
1994.12
LHC計画は1994年12月に承認された。
– 2004年までにECM = 10TeV, 2008年までに14TeVの２段階で建設。
•
1995.5
日本による第１次建設協力発表（加速器に50億円）
•
1996.1
ATLAS, CMS実験の承認。
•
1996.3
インドの建設協力（加速器に$12.5M）
•
1996.6
ロシアの建設協力（67MCHF detector込）
•
1996.
カナダの建設協力（加速器にCanadian$30M ）
•
1996.12
日本の第２次建設協力（加速器に38.5億円）
•
1996.12
LHCを2005年に一段階で14TeVで建設する決定。
•
1997.12
アメリカDOE+NSFによる建設協力の決定 (加に$200M、測に$331M)
•
1998.5
•
2000.11
LEPの運転を終了。
•
2001.9
LHC建設コストの増加問題。
•
2001.12
External Review Committee（ERC）を設置する。
•
2002.6
ERC報告。LHC加速器の完成を2007年に変更。
日本が第３次建設協力発表（加速器に50億円）。日本の合計は138.5億円。
4
ATLAS Detector
Diameter
Barrel toroid length
End-cap end-wall chamber span
Overall weight
25 m
26 m
46 m
7000 Tons
5
ATLAS
Collaboration
34 Countries
151 Institutions
~1300 Scientific Authors
Construction cost
~ 540 MCHF + a
Construction since 1996
(11 years to initial det.)
Albany, Alberta, NIKHEF Amsterdam, Ankara, LAPP Annecy, Argonne NL, Arizona, UT Arlington, Athens, NTU Athens, Baku,
IFAE Barcelona, Belgrade, Bergen, Berkeley LBL and UC, Bern, Birmingham, Bonn, Boston, Brandeis, Bratislava/SAS Kosice,
Brookhaven NL, Bucharest, Cambridge, Carleton/CRPP, Casablanca/Rabat, CERN, Chinese Cluster, Chicago, Clermont-Ferrand,
Columbia, NBI Copenhagen, Cosenza, INP Cracow, FPNT Cracow, Dortmund, JINR Dubna, Duke, Frascati, Freiburg, Geneva, Genoa,
Glasgow, LPSC Grenoble, Technion Haifa, Hampton, Harvard, Heidelberg, Hiroshima, Hiroshima IT, Indiana, Innsbruck, Iowa SU,
Irvine UC, Istanbul Bogazici, KEK, Kobe, Kyoto, Kyoto UE, Lancaster, Lecce, Lisbon LIP, Liverpool, Ljubljana,
QMW London, RHBNC London, UC London, Lund, UA Madrid, Mainz, Manchester, Mannheim, CPPM Marseille, MIT, Melbourne,
Michigan, Michigan SU, Milano, Minsk NAS, Minsk NCPHEP, Montreal, FIAN Moscow, ITEP Moscow, MEPhI Moscow,
MSU Moscow, Munich LMU, MPI Munich, Nagasaki IAS, Naples, Naruto UE, New Mexico, Nijmegen, Northern Illinois,
BINP Novosibirsk, Ohio SU, Okayama, Oklahoma, LAL Orsay, Oslo, Oxford, Paris VI and VII, Pavia, Pennsylvania, Pisa, Pittsburgh,
CAS Prague, CU Prague, TU Prague, IHEP Protvino, Ritsumeikan, UFRJ Rio de Janeiro, Rochester, Rome I, Rome II, Rome III,
Rutherford Appleton Laboratory, DAPNIA Saclay, Santa Cruz UC, Sheffield, Shinshu, Siegen, Simon Fraser Burnaby,
Southern Methodist Dallas, NPI Petersburg, Stockholm, KTH Stockholm, Stony Brook, Sydney, AS Taipei, Tbilisi, Tel Aviv, Thessaloniki,
Tokyo ICEPP, Tokyo MU, Tokyo UAT, Toronto, TRIUMF, Tsukuba, Tufts, Udine, Uppsala, Urbana UI, Valencia,
UBC Vancouver, Victoria, Washington, Weizmann Rehovot, Wisconsin, Wuppertal, Yale, Yerevan
6
ATLAS 測定器の構成（赤は日本グループが関与）
•
マグネット
– 超伝導ソレノイド (B=2T)
– 中央・端部超伝導トロイド (Bdl=2-8Tm)
•
内部飛跡検出器
– シリコンピクセル検出器
– シリコンマイクロストリップ検出器
– 遷移輻射ストロー検出器
•
カロリメター
– 電磁カロリメメター : 鉛-LAr
– ハドロンカロリメター: 鉄-シンチタイル (中央), 銅-LAr (前後方)
– 前方カロリメター : (電磁) 銅-LAr, (ハドロン) W-LAr
•
ミューオン検出器
– 高精度チェンバー : MDT, CSC(前後方)
– トリガーチェンバー : RPC(中央), TGC (前後方)
7
ホストラボ：ＣＥＲＮと国際実験チームの関係
ＣＥＲＮ
各参加国の財政機関
ＣＥＲＮ Management
Ｒ Ｒ Ｂ
（Resource Review Board)
建設 MoU
運転 MoU
計算機 MoU
予算承認
米 (DOE/NSF)
仏 (IN2P3)
仏 (CEA)
独 (BMBF)
アトラス実験チーム
・
・
・
・
Collaboration Board
Spokesperson
Executive Board
………….
独 (MPI)
イタリア
日 (文科省)
8
ATLAS 建設国際分担 （大きな分のみ）(1)
MCHF
日本分
ピクセル検出器
15.3
0
シリコン検出器
49.2
6.9
日, 英, 米, スイス, 独,…….
TRT検出器
16.3
0
CERN, 米, 露, スエーデン…
液体アルゴン
75.9
0
仏, 米, 伊, 独, 露, 加…….
タイルカロリメター
16.7
0
CERN, 米, 露, スペイン…
ミューオンMDT
23.7
1.5
ミューオンRPC
5.2
0
ミューオンTGC
6.1
3.8
仏, 米, 伊, 独,…….
独, 露, 伊, 米,日,…….
伊, CERN
日, イスラエル, 中
（ 1 MCHF ～ 0.9 億円 ）
9
ATLAS 建設国際分担 （大きな分のみ）(2)
MCHF
日本分
レベル１トリガー
15.7
3.0
英, 独, 日, 伊, CERN,…
ハイレベルトリガー
31.0
1.5
CERN,米,仏,英,日,独,伊…..
超伝導トロイド
111.7
0
超伝導ソレノイド
10.9
10.9
日
マグネットインフラ
23.7
0.9
独, 露, 伊, 米,日,…….
Trigger/DAQ
7.2
0.9
CERN ,他多数
実験室インフラなど
28.2
1.3
CERN ,他多数
474.8
32.1
日本の割合= 6.7 %
合
計
仏, 英, 伊, 独, 蘭
（ 1 MCHF ～ 0.9 億円 ）
10
検出器項目ごとの国/機関別分担：日本が関係している部分 （１）
Subdet.
TGC
L1
MDT
検出器部分
kCHF
国別分担
TGC Chamber
3390 Israel (63%), Japan (37%)
Installation
170
Front-end elec.
1500 Japan (100%)
Low voltage
100
Japan (95%), Israel (5%)
High voltage
400
Japan (95%),Israel (5%)
gas system
500
Japan (85%), Israel (15%)
TGC frame
440
Japan (80%), Israel (20%)
TGC support
500
Japan (74%), Israel (26%)
TGC インフラ
945
Japan (89%), Israel (11%)
Japan (100%)
TGC trigger elec. 3465 KEK, Tokyo MU (91%); Weizmann(9%)
TDC
1415 KEK, Tokyo UAT (100%)
11
検出器項目ごとの国/機関別分担：日本が関係している部分 （２）
検出器部分
SCT
HLV
DAQ
kCHF
国別分担
Barrel sensor
8600
Japan (57%), UK (25%),Norway (18%)…..
Hybrids
3940
UK (25.7%), USA (15.8%), Japan (14.4%)…..
Module Assembly
2180
UK (25.7%), Germany (16.5%), USA (15.2%),
Japan(13.9%), Geneva (12.3%),……
Data-links
2620
UK (45.6%),Japan (17.6%), CERN (15.8%)….
CF cylinder
2590
Geneva (40.0%), UK (30%), Japan (25.0%)
Event Builder
3710
Bern, Geneva (32%); CERN (27%); KEK,
Nagasaki(27%) ; Saclay (18%)
Event Filter and
Back-End
5675
Bern, Geneva (19%); CERN (25%);
Pavia,Udine (23%); Innsbruck (5%) KEK,
Nagasaki(9%), Lisbon (5%); Mainz(13%)…
コモン Central Solenoid
10900 KEK (100%)
12
アトラスの財政分担・参加機関・研究者数（トップ１０）
国
直接建設費 MCHF
研究機関数
メンバー数
1
アメリカ合衆国
80.74 (17 %)
33
232 (18 %)
2
CERN
60.50 (13 %)
1
137 (10 %)
3
フランス
52.76 (11 %)
7
90 (6.9 %)
4
イタリア
45.09 (9.6 %)
12
141 (11 %)
5
ドイツ
40.00 (8.5 %)
10
109 (8.3 %)
6
イギリス
34.11 (7.3 %)
12
105 (8.0 %)
7
日本
32.18 (7.0 %)
15
61 (4.7 %)
8
ロシア
26.12 (5.6 %)
8
102 (7.8 %)
9
スイス
18.51 (4.0 %)
2
14 (1.1 %)
10
カナダ
15.08 (3.2 %)
7
40 (3.1 %)
34
合
468.41 (100%)
149
計
1,306 (100 %)
註：直接建設費＝装置の製造コストで開発・試験・offline計算機・人件費などは含まない。
数値は建設MoU(1998年)による。この他に建設費のオーバーコスト分が14%要求されている。
13
アトラス日本グループ構成（１）
研究機関
Staff/PD
大学院生
担当
1
KEK
～20 (*)
0
Solenoid, TGCチェンバー, TGC
エレキ, Silicon, mTDC, DAQ,
Software
2
筑波大学
4
4
Silicon
3
東京大学
ICEPP
12
9
TGCチェンバー, TGCエレキ
Computing
4
首都大学東京
2
0
TGCエレキ
5
信州大学
2
2
TGCチェンバー, DAQ
6
立命館大学
1
0
Software
7
京都大学
(1)
0
(*)含兼業
14
アトラス日本グループ構成（２）
研究機関
Staff/PD
大学院生
担当
1
京都教育大学
1
0
Silicon
2
大阪大学
2
0
TGCエレキ
3
神戸大学
6
6
TGCチェンバー, TGCエレキ,
Software
4
鳴門教育大学
1
0
Software
5
岡山大学
3
3
Silicon
6
広島大学
(1)
0
(Silicon)
7
広島工業大学
1
2
DAQ
8
長崎総合科学大学
2
0
DAQ
59
26
15
合
計
15
アトラス超伝導ソレノイド：KEKが提案・設計・開発・建設を100%担当
・電磁カロリメターの内側なので肉厚を極力薄くした：
→ 高強度のアルミニウムを採用（古河・日立電線と技術開発）
→ クライオスタットを液体アルゴンカロリメータと共用
16
アトラス超伝導ソレノイド （100% by KEK）
東芝京浜工場（1999年）
励磁成功（2000年12月）
CERNに到着（2001年9月）
Maiani所長らと
LArクライオスタットへ据付(2004年2月）
17
2004年7月5日CERN地上試験で
8197アンペアを達成した。
2004年10月にアトラス地下
実験場に運搬された。
18
端部ミューオントリガーのための
Thin Gap Chambers (TGC)



3600 chambers
320,000 channels
Total area ~2,000m2
イスラエル・日本・
中国の共同製作
19
KEK富士実験室で1200台のTGCを量産
2台/日の生産スピー
ドを達成でき、4年間
の量産を完了できた。
カーボン塗布
半田付け
接着
作業
ワイヤー
巻き
20
宇宙線によるTGC全数検査＠神戸大学
宇宙線によるefficiency map
宇宙線を使ったTGCチェンバー検査ステーション
CERNへ海上輸送
21
CERNに着いたTGCはテスト後、
ビッグウイールにマウントされる。
CERNに着いたTGCチェンバー
TGCチェンバーを載せるビッグウイール
の組立を開始。このようなセットを７２台
作り、チェンバーとエレキをマウントして
から地下実験場に運び込む。
チェンバーのマウントテスト
22
TGC読出トリガー回路
ほぼ100%を設計・生産
を日本で行っている。
16ch ASD ボード（24000 台）
SLB ASICの量産中
2004年のCERNでの
ビームテストセット
ビッグウイール取付テスト
23
高精度ミューオン飛跡検出器
（ＭＤＴ）用のTDC LSIチップ
KEKがすべて設計・製造した。この
ＴＤＣのアイデアでいくつかの特許
をとった。
24ch TDCチップを約２万個生産した
ハーバード大のASDチップと共に基板に実装され、
世界各地でMDT検出器に取り付け中。一部は
すでにATLAS測定器に組み込まれた。
24
シリコンマイクロストリップモジュールの製造
４センサーで
１モジュール
midyf [μm]
日本のモジュール設計が基本となった。
2600台中980台を日本で製造し完了した。
センサーアラインメント装置（ KEK製）
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
0
200
400
600
800
1000
時系列
日本の作ったモジュールの精度は２ミクロン以下で他国のそれより格段に良かった。
25
シリコンマイクロストリッ
プモジュールの据付
＠Oxford大
KEKで設計し日本の企業が
作ったマウンティングロボット
（２台）が目下オックスフォード
大学で活躍中。
～100台/week
26
Geant4の構築
•
日本グループとCERNとの間で1994年に共同提案された→ RD44
•
LHC級の大規模で多くのユーザーに適するオブジェクト指向の技術を
採用し、ゼロから構築した。
•
1998年に1st versionが出た。
•
全LHC実験がGeant4を採用。
•
CERN・ KEK・SLACなどの間で
維持協定が結ばれている。
•
アトラスではすでに35,000の
jobsが走らせたが、Geant4に起
因するバグは出てない。
27
ＬＨＣデータ解析
LHCの4実験で1年間に蓄積されるデータ
を全部CDROMに焼いたとすると図のよう
になる。
ATLASだけで年間5PB(ペタバイト=1015バ
イト)に及ぶ。
raw data size
event rate
ESD size
AOD size
1.6 MB
200 Hz
500 kB
100 kB
28
LHCでのこの問題の解決方法
• 世界中の研究機関で計算資源を出し合い、共同で運用する。
→ LCG ( LHC Computing Grid )
• Tier-0 (CERN) ： 生データを保管する。生データに第一段階
処理を施し、その結果 (ESD) を生データとともにTier-1セン
ターに転送する。
• Tier-1 ： 世界に十カ所程度ある大規模計算センター。生デー
タとESDを保管する。また、ESDを処理し解析用のAnalysis
Object Data (AOD) に変換し、Tier-2センターに転送する。
• Tier-2 ： 各国に設置される物理解析センター。シミュレーション
も行う。
29
ドイツ
フランス
イタリア
カナダ
イギリス
ロシア
アメリカ
イスラエル
オランダ
アトラス測定器@CERN
中国
建設・運転・維持
KEK
実験データ
CERN
日本
地域解析センター
＠ＩＣＥＰＰ
日本の研究者群：KEK, 筑波大・東京大・首都大学東京・信
州大・立命館大・京都大・京都教育大・大阪大・神戸大・鳴門
教育大・岡山大・広島大・広島工業大・長崎総合科学大
30
Tier-3
desktop
Tier-2 centers
LCGによるLHC実験のデータ解析
Tier-1 centers
CNAF
PIC
Lyon
Alice
GridKA
RAL
ATLAS
CERN
Tier-0
BNL
ICEPP
FNAL
CMS
Nordic
LHCb
NIKHEF
TRIUMF
CERN
31
東京大学 ICEPP にて開発・準備を進めている計算機ファーム
32
LCGプロジェクト 今後の予定
2005年6月実施計画書提出
2005年9月サービスチャレンジ第3期
2006年5月サービスチャレンジ第4期
2006年9月LHC実験用運用開始
2007年4月LHC本実験試運転
2005
SC2
SC3
2006
2007
cosmics
SC4
LHC Service Operation
2008
First physics
First beams
Full physics run
33
アトラス日本グループ：当面の主要目標
（１） 測定器建設の日本分担分を完成する。
（２） 地域データ解析センターを整備する。
（３） 2007年実験開始に向けてデータ解析
の準備を行う。
34
アトラス地下実験室の様子（ 2005.5.11）
８台のうち４台のバレルトロイドマグネットが据付済
2005.5.31早朝
35
アトラス日本グループ：当面の主要目標
（１） 測定器建設の日本分担分を完成する。
・ TGCチェンバーのビッグウイール組立・据付・試運転
・ TGCトリガー回路の量産・取付・据付・試運転
・ シリコンマイクロストリップ検出器の組立・試運転
・ ソレノイドの設置・試運転
これらすべて現場作業なので大変！
36
アトラス日本グループ：当面の主要目標
（２） 地域データ解析センターを整備する。
・ 東京大学 ＩＣＥＰＰから概算要求する
・ 計算機システムの導入と運転
・ グリッド環境の導入
・ アトラス解析ソフトウエアー環境の整備
・ 各種チュートリアルの実施
37
アトラス日本グループ：当面の主要目標
（３） 2007年実験開始に向けてデータ解析
の準備を行う。
・ 複数の特定物理プロセスのFull Simulation
・ アトラス検出器とソフトウエアの理解の必要性
・ イベントジェネレーターの開発および理解
・ QCDバックグランドの基本的理解と実際的応用
・ CDF, ZEUS, 理論との連携
・ 解析前線で活動するにはＣＥＲＮでの長期滞在が不可欠
・ 各国が競争に続々参加しつつあるー＞多人数が必要
38
ま と め
• 国際協力はＣＥＲＮと各財源機関との間で署名された覚書
（MoU）の基づいて行われている。
• 参加各国によるアトラス測定器の建設と財政の分担は、1998年
の建設MoUで決められた。
• 日本担当のハードウエアー建設はほぼ順調に進んでいる。こ
れから２年間、現地での組立・据付・試運転が正念場である。
• 地域データ解析センターを東京大学ICEPPに設置する予定。
• データ解析準備に向け、いろいろな取り組みを行っている。
• 現地で日本関係の研究者が不足している。やりがいのある仕
事・課題は山ほどあり、皆さんの参加を大歓迎します。
39