Linear collider calorimeter R&D -- II ストリップファイバー電磁カロリメータ　　　　　　　応答一様性、位置分解能、角度分解能

Linear collider calorimeter R&D -- IIストリップファイバー電磁カロリメータ　　　　　　　応答一様性、位置分解能、角度分解能 CDF Japan Meeting 2004 December,18-19, 2004, Tsukuba A.Nagano (Tsukuba)

目次 • 応答一様性 • 横方向電磁シャワーの広がり • 位置分解能 • 角度分解能 • シャワー角度再構成 • まとめ CDF J Meeting 2004

4 GeV π(MIP)入射の応答一様性 1st super layer • シンチレータを　0.5mm　間隔で分割し、その中を通過した粒子の応答の平均を求め応答の位置依存性を調べた • ドリフトチェンバーの位置分解能 380 micor m • 4 GeV π粒子(MIP を要求)についてシンチレータ　1 cm　幅方向の応答のばらつきを求めた • 1 つのストリップ・シンチレータに対する応答のばらつきは2.4% CDF J Meeting 2004

4 GeV π(MIP)入射の応答一様性 • シンチレータを　1cm　間隔で分割し、その中を通過した粒子の応答の平均を求め応答の位置依存性を調べた • 4 GeV π粒子(MIP要求)についてシンチレータ　20 cm　幅方向の応答のばらつきを求めた • 9-11 ストリップのイベントを重ね合わせた • 1 つのストリップ・シンチレータに対する応答のばらつきは1.6% CDF J Meeting 2004

4 GeV 電子入射の応答一様性 • シンチレータを　1mm　間隔で分割し、その中を通過した粒子の応答の平均を求め応答の位置依存性を調べた • 4 GeV 電子についてシンチレータ　1 cm　幅方向について奥行き方向の応答の和のばらつきを求めた • X -planeに対する応答のばらつきは 1.1% CDF J Meeting 2004

4 GeV 電子のイベントディスプレー イベントディスプレー CDF J Meeting 2004

Pulse height (MIPs) x Xi Xdc 横方向のシャワーの広がり • 積分形の横方向シャワーの広がり I(x)を求める • Xdc;チェンバーで求めた位置 • Xi ; i 番目ストリップの位置 • x = Xdc – Xi • x=0で折り返した CDF J Meeting 2004

横方向のシャワーの広がり　　　　　　　　　ー　4 GeV 電子とMIPを比較 • ビームテストのデータを用いた • 4GeV 電子とMIPを比較した • MIPの信号の広がりは電子のシャワーの広がりに比べて十分小さい • モリエル半径 ρ（半径ρの円柱の中に90%のエネルギーを落とす）ρ= 2.8 cm • GEANT3 シュミレーションの結果 3cm と同等 • 第2スーパーレイヤー（シャワーマックス）で I (x)=0.05 のとき x=1.5 cm CDF J Meeting 2004

横方向のシャワーの広がり • GEANT3 によるシュミレーション結果とビームテストの結果に違いが見られた • この違いはMIPデータの応答に広がりがみられることから隣り合うストリップ型シンチレータの光漏れによるものと思われる • GEANT3 4 GeV 電子によるシャワーの広がりをビームテストのMIPデータの応答の広がりを用いてsmeared function　を求めた CDF J Meeting 2004

横方向のシャワーの広がり • 電磁シャワーの横方向の広がりを以下の関数でフィットした • Smeared function を求めた CDF J Meeting 2004

横方向シャワーの揺らぎを調べるため、シャワークラスターのRMSを求めた横方向シャワーの揺らぎを調べるため、シャワークラスターのRMSを求めた GEANT3 によるシュミレーション結果とビームテストの結果が一致した横方向シャワーの揺らぎ data simulation CDF J Meeting 2004

シャワーの横方向の広がりから各スーパーレイヤーでシャワー重心を再構成シャワーの横方向の広がりから各スーパーレイヤーでシャワー重心を再構成イベントごとに横方向のシャワーの広がりをガウス分布でフィットし平均を求めた波高が最大値をとるストリップ・シンチレータを中心として5点でフィットしたドリフトチェンバーで再構成された各スーパーレイヤーでの飛跡の外挿とのずれの分布をガウス分布でフィットして位置分解能を求めた 4 GeV 電子入射シャワーマックスでの位置分解能 CDF J Meeting 2004

1-4 GeV 電子入射 第2スーパーレイヤー(シャワーマックス)において以下の式でフィットした: 位置分解能 CDF J Meeting 2004

再構成されたシャワー重心を奥行き方向に直線フィットして角度分解能を求めた再構成されたシャワー重心を奥行き方向に直線フィットして角度分解能を求めた第 5,6 スーパーレイヤーは応答が小さすぎるので直線フィットに用いなかった 4 GeV 電子入射　角度分解能 CDF J Meeting 2004

1-4 GeV 電子入射 X-layer について以下の式でフィットした角度分解能 CDF J Meeting 2004

カロリメータに対して 0 ~ 16 °程度傾けて 4 GeV 電子を入射 θ 電子入射角度測定 CDF J Meeting 2004

実際に傾けた角度とシャワーから再構成された角度のプロットを直線フィットした実際に傾けた角度とシャワーから再構成された角度のプロットを直線フィットしたシャワー角度再構成 CDF J Meeting 2004

まとめ • 応答一様性 • 4 GeV π(MIP)入射に対する応答のばらつきは • 1cm 幅方向　 1 ストリップ : 2.4 % • 20cm 幅方向　1 ストリップ : 1.6 % • 4 GeV 電子入射に対する 1 ~ 6 スーパーレイヤーの応答の和のばらつきは • 1cm 幅方向 X レイヤー : 1.1 % • 横方向シャワー • シャワーの90%を含む円柱の半径 1.5cm (シャワーマックス) • 1~4 GeV 電子、第2スーパーレイヤーでの位置分解能　 • 1~4 GeV 電子、x軸に対する角度分解能　 . CDF J Meeting 2004

Appendix Tracking Longitudinal shower profile Spatial resolution

Position distribution at the most down stream chamber. This beam profile indicates that the beam profile is smaller than the size (5x5 cm) of the nearest trigger counter. Tracking Position distribution CDF J Meeting 2004

The incident position resolution at the calorimeter surface is evaluated to be 380 micro m Tracking Residual distribution CDF J Meeting 2004

The response in a certain region of each scintillator is determined by the mean of the pulse height distribution. The response at x=-0.5 cm CDF J Meeting 2004

The longitudinal shower profiles for electron data are also consistent with the simulation result. Longitudinal shower profile CDF J Meeting 2004

The position calculated by the method is compared with that determined with the drift chamber. Correlation plot at the 2nd super layer CDF J Meeting 2004

The position resolution at each super layer CDF J Meeting 2004

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