vestifmИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series1561-24302524-2415The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-2430-2019-55-1-97-109vestifm-370Research ArticleФИЗИКАPHYSICSСистема предварительного отбора событий электромагнитного калориметра эксперимента COMETElectromagnetic calorimeter of the trigger system for the COMET experiment.ШёлковыйД. В.ShoukavyD. V.

Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник.

пр. Независимости, 68-1, 220072, г. Минск.

Ph. D. (Physics and Mathe matics), Leading Researcher.

68-1, Nezavisimosti Ave., 220072.

shoukavy@ifanbel.bas-net.byГригорьевД. Н.GrigorievD. N.

Кандидат физико- математических наук, заведующий лабораторией; заведующий ла бораторией; доцент.

ул. Пирогова, 2, 630090, г. Новосибирск; пр. Академика Лаврентьева, 11, 630090, г. Новосибирск; пр. К. Маркса, 20, 630073, г. Новосибирск.

Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of the Laboratory;  Head of the Laboratory;  Assistant Professor.

2, Pirogov Str., 630090, Novosibirsk; 11, Akademician Lavrentiev Ave., 630090, Novosibirsk;  20, K. Marks Ave., 630073, Novosibirsk.

d.n.grigoriev@inp.nsk.suЭпштейнЛ. Б.EpshteynL. B.

Научный сотрудник; старший преподаватель. 

ул. Пирогова, 2, 630090, г. Новосибирск; пр. Академика Лаврентьева, 11, 630090, г. Новосибирск; пр. К. Маркса, 20, 630073, г. Новосибирск.

 Researcher; Senior Lecturer.

2, Pirogov Str., 630090, Novosibirsk; 11, Akademician Lavrentiev Ave., 630090, Novosibirsk;  20, K. Marks Ave., 630073, Novosibirsk.

l.b.epshteyn@inp.nsk.suЮдинЮ. В.YudinYu. V.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник; старший научный сотрудник.

ул. Пирогова, 2, 630090, г. Новосибирск; пр. Академика Лаврентьева, 11, 630090.

 Ph. D. (Engineering), Senior Researcher;  Senior Researcher.

2, Pirogov Str., 630090, Novosibirsk;  20, K. Marks Ave., 630073, Novosibirsk.

yu.v.yudin@inp.nsk.suИнститут физики им. Б. И. Степанова Национальной академии наук Беларуси.B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus.Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН; Новосибирский государственный технический университет; Новосибирский государственный университет.Novosibirsk State University; Budker Institute of Nuclear Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State Technical University.Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН; Новосибирский государственный технический университет; Новосибирский государственный университет.Novosibirsk State University; Budker Institute of Nuclear Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State Technical University.Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН; Новосибирский государственный университет.Novosibirsk State University; Novosibirsk State Technical University.20192603201955197109Copyright © Шёлковый Д.В., Григорьев Д.Н., Эпштейн Л.Б., Юдин Ю.В., 20192019Шёлковый Д.В., Григорьев Д.Н., Эпштейн Л.Б., Юдин Ю.В.Shoukavy D.V., Grigoriev D.N., Epshteyn L.B., Yudin Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestifm.belnauka.by/jour/article/view/370

Для предварительного отбора событий по сигналам электромагнитного калориметра эксперимента COMET был разработан алгоритм обработки сигналов, позволяющий измерять в режиме реального времени энергии частиц, попадающих в калориметр. В данной работе описан процесс и результаты оптимизации этого алгоритма, проведенной с помощью моделирования методом Монте-Карло. Определены энергетические пороги на триггерные ячейки, позволяющие выделить сигнальное событие – электрон с импульсом 105 МэВ/c, и значительно уменьшить загрузку. Данный алгоритм реализован в созданном прототипе аппаратуры Первичного триггера электромагнитного калориметра. Работа прототипа аппаратуры с предложенным алгоритмом была проверена стендовыми измерениями и экспериментами на пучке электронов. Полученные результаты удовлетворяют ключевому требованию калориметра – энергетическое разрешение в режиме реального времени лучше 5 % для энергии сигнального электрона.

In this paper, on the basis of the Monte-Carlo simulation results a signal processing algorithm for determination of the energy deposited in real time by incident particles has been developed and implemented in the created electronics prototype of the trigger system for an electromagnetic calorimeter of the COMET experiment. The energy thresholds for trigger cells are determined which make it possible to select signal events – an electron with a momentum of 105 MeV/c, and significantly reduce a rate of background events. The electronics prototype of the trigger system has been verified by testbench measurements and electron beam experiments. The obtained results satisfy the key requirement of the calorimeter – the energy resolution in real time is better than 5 % for the signal electron energy.

процессы с нарушением лептонного аромата в мюонных распадахсистема предварительного отбора событий (Первичный триггер)калориметрэксперимент COMETраспад мюона в связанном состоянии с ядромcharged lepton flavour violation processtrigger systemcalorimeterCOMET experimentmuon decay in orbitReferencesЕмельянов, В. М. Стандартная модель и ее расширения / В. М. Емельянов. – M.: Физматлит, 2007. – 584 c.Emel'yanov V. M. Standard Model and Its Extensions. Moscow, Fizmatlit Publ., 2007. 584 p. (in Russian).Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC / G. Aad [et al. ATLAS Collaboration] // Phys. Lett. B. – 2012. – Vol. 716, № 1. – P. 1–29. https://doi.org/10.1016/j.physletb.2012.08.020Aad G., Abajyan T., Abbott B., Abdallah J., Abdel Khalek S., Abdelalim A. A., Abdinov O., Aben R., Abi B., Abolins M., AbouZeid O.S., Abramowicz H. [et al. ATLAS Collaboration]. Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC. Physics Letter B, 2012, vol. 716, no. 1, pp. 1–29. https://doi.org/10.1016/j.physletb.2012.08.020Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC / S. Chatrchyan [et al. CMS Collaboration] // Phys. Lett. B. – 2012. – Vol. 716, № 1. – P. 30–61. https://doi.org/10.1016/j.physletb.2012.08.021Chatrchyan S., Khachatryan V., Sirunyan A., Tumasyan A., Adam W., Aguilo E., Bergauer T., Dragicevic M., Erö J., Fabjan C. [et al. CMS Collaboration]. Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC. Physics Letter B, 2012, vol. 716, no. 1, pp. 30–61. https://doi.org/10.1016/j.physletb.2012.08.021Evidence for oscillation of atmospheric neutrinos / Y. Fukuda [et al. Super-Kamiokande Collaboration] // Phys. Rev. Lett. – 1998. – Vol. 81, № 8. – P. 1562–1567. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.81.1562Fukuda Y., Hayakawa T., Ichihara E., Inoue K, Ishihara K., Ishino H., Itow Y., Kajita Т., Kameda J., Kasuga S. [et al. Super-Kamiokande Collaboration]. Evidence for oscillation of atmospheric neutrinos. Physical Review Letters, 1998, vol. 81, no. 8, pp.1562–1567. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.81.1562New Limit on the Lepton-Flavor-Violating Decay μ+→e+γ / J. Adam [et al. MEG Collaboration] // Phys. Rev. Lett. – 2011. – Vol. 107, № 17. – P. 171801 (5p.). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.171801Adam J., Bai X., Baldini A. M., Baracchini E., Bemporadab C., Bocaab G., Cattaneo P. W., Cavoto G., Ceiab F., Cerri C. [et al. MEG Collaboration]. New Limit on the Lepton-Flavor-Violating Decay μ+→e+γ. Physical Review Letters, 2011, vol. 107, no. 17, pp. 171801 (5 p.). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.171801Search for the decay μ+ → e+e+e−ее / W. Bertl [et al. SINDRUM Collaboration] // Nucl. Phys. B. – 1985. – Vol. 260, № 1. – P. 1–31. https://doi.org/10.1016/0550-3213(85)90308-6Bertl W., Egli S., Eichler R., Engfer R., Felawka L., Grab Ch., Hermes E. A., Kraus N., Lordong N., Martino J., Pruys H. S., Schaaf A. v. d., Walter H. K. Search for the decay μ+ → e+e+e−. Nuclear Physics B, 1985, vol. 260, no. 1, pp. 1–31. https://doi.org/10.1016/0550-3213(85)90308-6Test of lepton-flavour conservation in μ → e conversion on titanium / C. Dohmen [et al. SINDRUM II Collaboration] // Phys. Lett. B. – 1993. – Vol. 317, № 4. – P. 631–636. https://doi.org/10.1016/0370-2693(93)91383-xC. Dohmen, K.-D. Groth, B. Heer, W. Honecker, G. Otter, B. Steinrücken, P. Wintz, V. Djordjadze, J. Hofmann, T. Kozlowski, S. Playfer, W. Bertl, J. Egger, W. Herold, B. Krause, H.K. Walter, R. Engfer, Ch. Findeisen, [et al. SINDRUM II Collaboration]. Test of lepton-flavour conservation in μ → e conversion on titanium. Physics Letter B, 1993, vol 317, no. 4, pp. 631–636. https://doi.org/10.1016/0370-2693(93)91383-xA search for μ-e conversion in muonic gold / W. Bertl [et al.] // Eur. Phys. J. C. – 2006. – Vol. 47, № 2. – P. 337–346. https://doi.org/10.1140/epjc/s2006-02582-xBertl W., Engfer R., Hermes E. A., Kurz G., Kozlowski T., Kuth J., Otter G., Rosenbaum F., Ryskulov N. M, van der Schaaf A., Wintz P., Zychor I. A search for μ-e conversion in muonic gold. European Physical Journal C, 2006, vol. 47, no. 2, pp. 337–346. https://doi.org/10.1140/epjc/s2006-02582-xKuno, Y. A search for muon-to-electron conversion at J-PARC: the COMET experiment / Y. Kuno // Prog. Theor. Exp. Phys. – 2013. – Vol. 2013, № 2. – 022C011. https://doi.org/10.1093/ptep/pts089Kuno Y. A search for muon-to-electron conversion at J-PARC: the COMET experiment. Progress of Theoretical and Experimental Physics, 2013, vol. 2013, no. 2, 022C011. https://doi.org/10.1093/ptep/pts089Czarnecki, A. Muon decay in orbit: Spectrum of high-energy electrons / A. Czarnecki, X. G. Tormo, W. J. Marciano // Phys. Rev. D, 2011, vol. 84, № 1, pp. 013006. https://doi.org/10.1103/physrevd.84.013006Czarnecki A., Tormo X. G., Marciano W. J. Muon decay in orbit: Spectrum of high-energy electrons. Physical Review D, 2011, vol. 84, no. 1, pp. 013006. https://doi.org/10.1103/physrevd.84.013006COMET Phase-I Technical Design Report / R. Abramishvili [et al. COMET Collaboration]. [Electronic resource]. – Mode of access : http://comet.kek.jp/Documents_files/PAC-TDR-2016/COMET-TDR-2016_v2.pdf. – Date of access: 01.05.2016.Abramishvili R., Adamov G., Akhmetshin R., Anishchik V., Aoki М., Arimoto Y., Bagaturia I., Ban Y., Bondar A., Calas Y., Canfer S., Cardenas Y., Chen S. [et al. COMET Collaboration]. COMET Phase-I Technical Design Report. 2016. Available at: http://comet.kek.jp/Documents_files/PAC-TDR-2016/COMET-TDR-2016_v2.pdfThe level-1 trigger system for the electromagnetic calorimeter of the COMET experiment / L. B. Epshteyn [et al.] // J. Instrum. – 2017. – Vol. 12. – P. C01064 (8 p.). https://doi.org/10.1088/1748-0221/12/01/c01064Epshteyn L. B., Akhmetshin R. R., Grigogiev D. N., Kazanin V. F., Melnik A. S., Shoukavy Dz. V., Yudin Yu. V. The level-1 trigger system for the electromagnetic calorimeter of the COMET experiment. Journal of Instrumentation, 2017, vol. 12, pp. C01064 (8 p.). https://doi.org/10.1088/1748-0221/12/01/c01064

The authors declare that there are no conflicts of interest present.