sPHENIX実験INTT検出器のためのEvent Displayの開発

2023/03/03 高エネルギー物理学研究室卒業研究発表会
奈良女子大学 B4 藤原愛実

目次
1. 研究背景2. 研究目的
3. INTT Event Display の開発
4. まとめと今後の課題

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21. 研究背景QGP
sPHENIX実験
INTT

QGP
•クォークグルーオンプラズマ(QGP)は、通常では核子内に閉じ込められているクォークやグルーオンが超高温または高密度になることでプラズマ化した状態•QGP は宇宙誕生後数十μ秒後に実現していた
QGP の性質を調べることで宇宙初期の状態を調べることができる
http://alice-j.org/クォーク・グルーオンプラズマ-qgp/

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sPHENIX実験•米国ブルックヘブン国立研究所(BNL)のRHIC加速器を用いた実験•2000-2016年に行われたPHENIX 実験を高度化した実験•金原子核対衝突(200GeV)でQGPを実現する•2023年から、実験開始予定
https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=119262

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INTermediate Tracker(INTT)•sPHENIX実験で使用される3つの飛跡検出器のうちの一つで、MVTXとTPCの間に配置される•時間分解能が高いことが特徴•どのビーム交差で起きたイベン
トかを特定するために大きな役割を果たす

HCAL
EMCAL

SC Magnet

TPC
INTT

MVTX

https://www.bnl.gov/rhic/sphenix.php

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INTT用シリコンセンサー•INTT ではストリップ長の異なる
typeA、typeBという２種類のシリコンセンサーを使用•26個のストリップセンサーで1つのシリコンセンサー(ハーフラダー)が構成されている•各センサー領域のサイズはtypeAが128mm
19.9mm

128mm 19.9mm、typeBが100mm 19.9mm で厚さはどちらも0.32mm
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100mm※以降、シリコンセンサーのtypeA またはtype Bのことをセグメントと呼ぶ
7INTT用シリコンセンサー
B1L115

B1L

B1L

100

B1L00

B1L015
B0L10034

B

1L
11L 01
B1B01

L 11
B0

B0L0

L001

0100

1
B0L01

0L0B

10

L109

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8

L0

B0L0

B1L

L104

104

B0L0

B1L00

03

4

B0L0
B0L109

B0

B1

L005

B02

B1L01

B1L111

0L
01

B1112

B1L

B0L0
B0

7

0x-axis: y⃗ × z⃗
y-axis: Vertically upward directionz-axis: The blue beam direction (pointing to the north)102

B0L103

8L 01
B104

0L00

8110

L 10
B0

B1L

B

B19

B1L003

2East

B0L00

B1L011
1L
10

B1L

2

B0L00

zWest

BAxis

L 10
B001

24枚、外側は32枚のフルラダーで構成されている

L0
B0•INTT はバレル状の2層構造で内側はL 02
B113

している

B1

L101

•ハーフラダー2枚でフルラダーを構成

0

L1
B1x: Barrel ID (0 for inner or 1 for outer)y: Layer ID (0 for inner or 1 for outer)zz: Ladder ID (from 0 to 15)y (vertical)

114

B0L00

506

L15L 106
B0L 00B10709

B0L106

B1L00

B1L007

8

B1L

B1L

108

B1L107106

B1L103

Notation: BxLyzz

05

L1
B1x(horizontal)

2.研究目的
研究目的
Event Display とはROOT

研究目的
INTT Event Display の役目•INTT 上のヒット位置など、INTTに関する情報をイベントごとに一目見て確認する•ラダーのアライメントを確認する•INTT が正確に組み立てられていて、正常に稼働しているかを実験時にその場で確認する

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10EventDisplayとは•1イベント毎の粒子のヒット位置を、再構成した飛跡で結び、検出器のGeometry とともに描画したもの•一回の衝突を1イベントと数える•1イベントごとに複数回のヒットがある

https://root.cern/doc/v610/group̲̲TEve.html

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ROOT
•CERN が開発した高エネルギー物理の解析に広く用いられているソフトウェア•基本的なプログラミング言語はC++•高エネルギー物理学の解析に特化したライブラリが数多く用意されている•本研究で主に使用しているライブラリはgeometry 作成用のTGeoとイベントディスプ
レイ開発用のTEve2023/03/03 卒業研究発表会

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Eve(Event Visualisation Environment)•ROOTのイベント可視化環境•イベントディスプレイ作成に必要な機能•ワールド(座標空間)作成•Hit 座標の保持•カメラの設定などが実装されている

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TGeoManager•ROOT のGeometry 作成をサポートしているクラス•検出器のGeometry 作成に必要な機能•ワールド(座標空間)の生成•箱や筒などの簡単な形状の3DCG の作成•オブジェクトの階層構造の構築•作成したオブジェクトの回転、移動•作成したオブジェクトの複製などが実装されている
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14TGeoManager
Example2023/03/03 卒業研究発表会

15TGeoManagerExample Nodeの階層構造•点線で囲まれたオブジェクトは表示されていない•階層構造を作れるのはTGeoVolumeオブジェクトのみ•親オブジェクトを移動、回転させると子オブジェクトも移動、回転する
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3. INTT Event Displayの開発

INTT Event Displayに実装されている機能•ヒット位置とINTT Geometry を同時に描画•実験データと同じ形式のシミュレーションデータを読み込み、Event Display を出力する
Viewer機能•r-φプロジェクション

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18データフロー
解析マクロでしている処理•シミュレーションで生成した、鳴ったchのデータをヒット位置に変換•セグメントの位置を取得、ファイルに保存•ヒット位置とGeometry を共に描画すること
でEvent Display 描画

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INTT Geometry 作成•セグメントの座標を再構成マクロから取得する•INTT のGeometry を作成する
1. セグメントサイズに合わせた箱を作成
2. セグメントの座標から接線方向の角度を計算
3. セグメントの座標と角度を設定して箱を複製

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INTT Geometry の作成
セグメントの座標の取得

層, ladder z id,ladder phi id を指定してセグメントの座標を取得

Ladder phi id

Ladder z id

②
①⓪①⓪②

③2023/03/03 卒業研究発表会

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INTT Geometry の作成
セグメントのサイズを設定
セグメントサイズに合わせた箱を作成
Nodeの階層構造

回転角度を計算
回転角度と座標を設定
設定を反映してセグメントを複製

222023/03/03 卒業研究発表会

INTT Geometry

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23Event Display表示の仕方
1. root Load le.C でファイルを読み込む
2. anaTutorial->DrawHits() or DrawHit̲rphi() でEvent Displayを表示
DrawHits()は3D表示、DrawHit̲rphi()は輪切りのような表示
3. 次のイベントを見るにはse->run(1) の後に2. のコマンドをもう一度入力※前のイベントには戻れない
DrawHits()fi2023/03/03 卒業研究発表会

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DrawHit̲rphi()

pp衝突のEvent Display
3D表示•水色がINTT•赤の点がヒット位置

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25pp衝突のEvent Display
R-φプロジェクション

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pp衝突のEvent Display

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4. 今後の課題とまとめ

今後の課題•Au+Au 衝突のデータの可視化•ρ-z プロジェクションの実装•Tracking の実装

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まとめ
•INTT の情報を可視化し、確認するためのツールであるEvent Display を開発した•今後もρ-z プロジェクション、 Tracking など必要な機能を随時実装予定である2023/03/03 卒業研究発表会

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Back Up

Event Display 開発
動作環境•ROOT 6.24/06•g++ (GCC) 8.3.0•リモートデスクトップ用ソフト NoMachine を通して実行可能

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32オイラー角• 最初にz軸を中心に角度ϕ 回転、2番目にx軸を中心に角度θ 回転、最後に回転後のz軸を中心に角度ψ 回転させる。

• TGeoRotation では、単位は度

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pp衝突のEvent Display
Event22023/03/03 卒業研究発表会34pp衝突のEvent Display
Event32023/03/03 卒業研究発表会35pp衝突のEvent Display
Event42023/03/03 卒業研究発表会36データの読み込み↑データファイルの名前

ファイルデータ読み込み
イベントディスプレイ描画
マクロにシミュレーションデータを渡す

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TGeoManager
Example2023/03/03 卒業研究発表会

38ヒット位置の再構成•鳴ったch→ヒット位置に変換

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INTT Event Display 作成の流れ
1. シミュレーション
2. ヒット位置を再構成、描画
3. INTTのGeometry を作成する
4. シミュレーションデータをファイルに書き出し、そのファイルを読み込んでヒット位置を描画することで、作ったソフトが実験データでも使えるかを確認
Viewer機能•r-φプロジェクションの実装
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画像•QGP http://alice-j.org/クォーク・グルーオンプラズマ-qgp/•RICH https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=119262•sPHENIX 検出器 https://www.bnl.gov/rhic/sphenix.php•INTT ladder https://webhepl.cc.nara-wu.ac.jp/old̲HP/thesis/4kaisei/2020/
nishimori̲b4thesis.pdf•INTT barrel https://wiki.sphenix.bnl.gov/index.php/
File:20220504̲Geant4̲ladder̲ID.pdf•Event Display https://root.cern/doc/v610/group̲̲TEve.html•Rho-z https://root.cern/doc/v610/alice̲̲esd̲8C.html
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