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談話室■ 研究紹介 ! $711,4 $67+,642 4 11, 京都大学 理学研究科

三野 裕哉
     年 平成  年  月  日

はじめに



-1 4IBBF 4HI=H FCFBB では 世界中の国々から物理学やコンピューティング 工学を専攻する

 名ほどの学生が  週間にわたって -1 に滞在し 各自配属された先で GIDFJGCF の指導のもと研究を行なった。
私は ( から ( の  週間にわたって GIDFJGCF

施設見学

施設見学では 4IBBF 4HI=H 全員に対して 04

4M<?FCHFC HDFCHC ,<AFHCF ,H HF と
 つの施設を見学する機会が設けられた。この  つの施設に加え 私は 4 に配属されていたため 4 のコントロールセンターの見学の機会もあり貴重な体験をすることができた。

である =F FCGG 様の指導のもと CBD<H IC4CAC= %4& 実験のプロジェクトに参加した。%図 ）

研究内容

4 は 0F =FC CAA=F %0& の衝突点の つに設置されている汎用検出器実験で  年にはヒッグス粒子の存在を突き止め 現在はヒッグス粒子の精密測定や新粒子の探索を続けている。0 は  年に

I  が終了し  年開始予定の ? 0IBCGHM
0 %00& に向けてアップグレードのためシャットダウンを行う。この期間を 0C 4?IH=CK  と呼び00 のためのアップグレードを ?G アップグレードと呼ぶ。
図  4IBBF 4HI=H FCFBB 参加者の集合写真

4 ではバレル部分を通過したミューオンの位置をIC ,F>H I; %,& という検出器を用いて精密に測定する。, のエレクトロニクスも現在使用されてい

活動内容

講義

プログラムの前半のる 4/ から . を搭載した 2+CF= A<HFC<G>CF ,F>H I; ;CF=G %2+,& と呼ばれるボードにアップグレードされる。
私は 4 の , グループに配属され ?G で週間は午前中に  コマの講義を受け 午後から各自研究を行なった。講義の内容は素アップグレードされるフロントエンドボードのテスト用のファームウェアの作成に取り組んだ。

粒子物理学や検出器など馴染みのある内容から 天文学や加速器についてまで幅広く取り扱われており ヶ月という短期間に多くの分野について学ぶことができた。
講義の録画とスライドはウェブ上にアップロードされていたため 理解できなかった部分に関しては講義のあとに確認することができ 授業のフォローに困ることはなかった。

72 4 -6 %7), %00 ではルミノシティの増加に伴い放射線量が増加するため 0C 4?IH=CK  の間に現行のフロントエンドボードからより放射線耐性が高い 2+, に アップグレードされる。?G では , 用に約  個


168の 2+, が生産され 性能評価のためのボードテスト用のファームウェアが将来的に必要となる。

 遅延パルス信号
擬似ランダム信号は有限の周期を持つような擬似的なランダム信号で 2+, の異なる周波数に対する応答"2 4+ ,0,*642 *5 -24 4 -6 %7), )2 4+5
"%

現在使用されている , のフロントエンドボード
上の 4/ には , が搭載されており , に入射したミューオンの時間情報を検出器のすぐ側でデジタル化する。.A=DFCFBB;A H FFM %.& は

4/ と同様に特定の処理を行うように設計可能な集積回路で 何度でも書き換え可能であるというメリットがある一方 4/ と比べて  個あたりの単価が高く 配置配線の遅延が生じるというデメリットがあるため 4の , には 4/ が使用されている。しかし近年 技術の進歩に伴って . の性能も 4/ に近づきつつあるため 上記の柔軟さにより検出器で使用されている4/ が . に取って変わられつつある。. にを調べることができる。

, の計測は 0 <AC< %  & によってトリガーされ   でサンプリングすることができるため , の時間分解能はおよそ  G となる。遅延パルス信号は , が正確に  G 間隔で時間情報を得ることができているか確認するために用いられる。, は G 周期で入力された信号の時間情報を測定するため !G 周期でパルス信号を送ると , は  G のうち同じ結果を出力する。さらに周期を  G 遅らせてパルス信号を送ると , が正しく信号を処理できている場合 , の出力結果は前後のパルス信号で  G だけシフトする。全てのチャンネルに遅延パルス信号を入力し , の出力結果が  G ずつシフトしているか確認することで , の性能評価を行うことができる。

は 4 ベースとフラッシュメモリベースの  種類存在するが 2+, では放射線耐性が高いという理由か
らフラッシュメモリベースのものを使用する。

2+, には <FCGB 社製の CAFOF ファミリー. が搭載される予定であるが 2+, のプロトタイプが生産されるのは  年 * 月と 4IBBF 4HI=H

FCFBB 終了後だったため 同様の . が搭載されている評価ボードを用いてファームウェアの製作に取り組んだ。

ボードテスト

ボードテストでは 2+, を信号パターンの出力用に

 枚  入力用に  枚の計  枚使用し それらのために  種類のファームウェアを用意する。今回は図  のように評価ボードを  枚用いてファームウェアの検証を行なった。

% 1,62

6 028,46,4 %

, の , は入射した粒子の信号パルスの立ち上がり時間を計測する。, の出力は =H CIH と呼ばれる  ;H の信号で そのうちの最初のネル番号 %<?&  最後の;H はチャン;H は時間 %HB& に対応する。

さらに  ;H は GHFC; CIH と呼ばれ チャンネル情報と時間情報を出力していることを表す信号に対応する。現在は評価ボードを用いてるため接続されるチャンネル数は  個ほどでチャンネル番号も;H で十分だが2+, ではチャンネル数は  個ほどにまで増加するため使用していない ;H はチャンネル数の拡張などに用いられる。

 つの 2+, には複数の信号線が繋がっており 同時に複数の信号が入力されることがある。, は同時に複数の信号が入力されると図  のように 2+, は =HCIH をシリアル信号として出力する。

図   つの評価ボードを用いたボードテスト
出力信号は以下の  種類である。

 擬似ランダム信号 %GI=C =CB +H 4EI<&図

つのチャンネルに信号が入力された場合の ,の出力例

169

, のサンプリングレート   は  
AC< の立ち上がりと立ち下がりの両方を利用して処理を行う ,CI;A ,H H %,,& という方式によって実ているのかや興味のある分野について話した。時には高現している。また , AC<（出力レート）を  ことができた。に設定しているのはパソコンを用いて 図  と図エネルギー物理学実験の講義の内容について聞かれたので自分の知っている範囲で説明し 互いに理解を深めるのよ

うに , の出力結果を読み出す際のサンプリングレートにも限界があり これ以上大きな値に設定してしまう

と出力結果を正しく読み出せないためである。

今後の抱負
今回参加した 4 実験で担当した仕事はこれまであまり触れることのなかったエレクトロニクスについてだったが GIDFJGCF に一から丁寧に教えていただいた

結果以下の図  と図は遅延パルス信号を入力した時のある時間での , の出力結果と !G 後の出力結果を表す。

ので特に . について詳しく学ぶことができた。これからおこなっていく研究の中でも エレクトロニクスの知識を持っているといつか役に立つことはあると思う
ので今回経験したことを忘れないようにこれからも継続的に学んでいきたい。

図  信号を  G シフトする前の , の出力結果



今後このプログラムへ望むこと
日本からは高エネルギー物理学実験を専門とする学生のみの参加だったが 他の国からはコンピューティングや工学を専門とする分野からの参加者も多かった。同じ分
図信号を  G シフトした後の , の出力結果

 つの図から同じ <? に対応する HB が全て  G シフトしているため , が正しく動作していることが確認できる。全てのチャンネルに対して 前後の出力結野の学生と話をすることは専門性を高める上でもちろん必要なことだが 他分野の学生と話すことは視野を広めるためにも重要だと思うので 今後はぜひコンピューティングや工学分野の学生も 4IBBF 4HI=H FCFBBに応募できるようにしてほしい。

果で  G ずつシフトするように設定しているため もし時間のズレが  G と異なるチャンネルがあった場合 該当するチャンネルもしくは , に問題があることが確認できる。将来的には このボードテスト用のファームウェアは 2+, に実装され  枚ずつ入力用の 2+,を切り替えながら性能を評価する。

 年 * 月に 2+, の試作品が生産されるため プ
ログラム期間中に 2+, にファームウェアが実装されることはなかったが ボードテスト本番では今回作成したファームウェアが使用される予定である。



生活プログラムの期間は -1 の敷地内にあるホステルに滞在していたため 講義の場所やオフィスも近く非常に快適に過ごすことができた。研究は午前から夕方の )
時頃まで行い そのあとは -1 内の食堂やホステル内のキッチンで他の 4IBBF 4HI=H と談笑したり 時には卓球をしたりして過ごした。
周りには工学やコンピューティングの分野の学生が多かったため 会話の内容も幅広くどのような研究を行なっ

謝辞
まず 4IBBF 4HI=H FCFBB に参加するにあたって - の皆様 特にハイス由乃様と宮居美沙様には準備の段階から現地での生活に渡って大変お世話になりました。
申し込みの際には応募書類の添削などで京都大学の中家教授と隅田助教には細やかなご指導をいただきました。心より感謝いたします。
また -1 での生活については 一緒にこの 4IBBF4HI=H FCFBB に参加した江角さん 大杉さん 釜野さんと現地で研究をしている 04 D の皆様にも大変お世話になりました。
最後になりましたが -1 の研究では GIDFJGCFの =F FCGG 様にプロジェクトについて丁寧に指導していただきました。おかげで ヶ月間という短期間にそれまであまり触れたことのないエレクトロニクスの分野について多くのことを学ぶことができました。