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荷電粒子トラッキング 運動量・崩壊点 測定（２）

荷電粒子トラッキング 運動量・崩壊点 測定（２）. Silicon 検出器 究極の分解能で崩壊点測定. シリコン半導体中での電離を利用. ATLAS SCT. ATLAS ウェブページより. 空乏層　 depletion layer. 電場のかかった高純度のガスチェンバーに相当する。 電離された電子 と ホールが電場に沿ってドリフト していく。. 半導体検出器の仕組み. －. －. －. －. ＋. ＋. ＋. ＋. －. －. －. －. ＋. ＋. ＋. ＋. ＋. －. －. －. －. ＋. ＋. ＋. Ｐ型半導体.

ashanti
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荷電粒子トラッキング 運動量・崩壊点 測定（２）

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  1. 荷電粒子トラッキング運動量・崩壊点測定（２）荷電粒子トラッキング運動量・崩壊点測定（２）

  2. Silicon 検出器究極の分解能で崩壊点測定 シリコン半導体中での電離を利用

  3. ATLAS SCT ATLAS ウェブページより

  4. 空乏層　depletion layer • 電場のかかった高純度のガスチェンバーに相当する。電離された電子とホールが電場に沿ってドリフトしていく。

  5. 半導体検出器の仕組み － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － ＋ ＋ ＋ Ｐ型半導体 Ｎ型半導体 アクセプタ ドナー － + 電子 正孔 逆バイアス 空乏層

  6. Strip型 １次元の情報を２組取り出す。 　チャンネル数は2n 増幅などのエレクトロニクス を検出器の端部に置ける。

  7. Operation under high background

  8. Pixel detector • Hybrid pixel • ATLAS, CMS, ALICE • Monolithic pixel • CCD • CMOS • Active pixel • DEPFET • SOI

  9. Hybrid pixel チャンネル数　n2 読み出しは「裏側」 Flip-chip assembly Pixel detector bump bonded to a read-out chip Relatively thick ! F.Riggi, ST-INFN-CERN Workshop, 23-24 October 2002

  10. Vertex resolution の例 Alice Belle ATLAS LHCb ILD

  11. Monolithic pixel • 読み出しエレクトロニクスを一体化 （シリコン上に作りつけ） • CCD ( SLD experiment) SLAC ウェブページより抜粋

  12. CMOS pixels DEPFET (ILC, Belle II) MAPS

  13. Silicon On Insulator (SOI)

  14. OKI SOI Pixel Process p+/n+ Implant and Contact formation

  15. 17 17

  16. 18 18

  17. Show case of tracking detector ALICE ITS • ALICE SPD SDD SSD

  18. bias HV divider Collection drift cathodes pull-upcathode ionizing particle ALICE Si Drift detector : principle Si-Drift Detectors in production Front end electronics in production Assembly at four sites (Italy, US) started

  19. Control & data lines Power lines Low voltage half-module end-ladder card Low voltage half-module end-ladder card HV module end-ladder Card (external HV divider) Long HV cable Power lines Control & data lines SDD module HV microcables Wrap around cable Transition cable

  20. SDD Silicon Drift

  21. 粒子識別Particle Identification

  22. 粒子を識別するとは？ • 質量を特定すること • 物質との相互作用のパターン • 中性／荷電？電磁シャワー・ハドロン相互作用 • 寿命 E, p, b, gのいずれか二つを測定する。

  23. 実際にマクロスケールの検出器に到達する素粒子実際にマクロスケールの検出器に到達する素粒子 • μ ±、電子、フォトン、π０、π±、Ｋ０、Ｋ±、陽子、中性子、（Λ、Σ・・・・）

  24. E, p, b(g)の測定 • Ｅ　測定：次回カロリメータにて • ｐ　測定：前回の荷電粒子 • 寿命の測定：崩壊点測定のバリエーション • βの測定：速度を測る • 飛行速度（Time of Flight: TOF ）測定 • βの測定　 • エネルギー損失 • チェレンコフ輻射 • γの測定

  25. ToF (Time of Flight) 飛行時間測定 • The most direct way to measure the velocity of particles. velocity=flight length/flight time ToF counter Flight length

  26. 光電子増倍管 現代に生きる真空管 重要な概念 量子効率： ポアソン統計： Transit Time (TT) TTS 磁場中で使えない

  27. Photon energy Eg (eV) 12.3 3.1 1.76 1.13 GaAsP GaAs Ag-O-Cs CsTe (solar blind) Multialkali Bialkali (Hamamatsu) QE’s of typical photo-cathodes Bialkali:SbKCs, SbRbCsMultialkali:SbNa2KCs (alkali metals have low work function) from T. Gys, Academic Training, 2005

  28. TOFの性能 • 時間分解能　 • 演習：２ｍの飛行距離で1GeV/c及び2GeV/cのπとＫの飛行時間差を計算せよ。 • 最近の進展 • MCP-PMTと Cherenkov Va’vra (SLAC)

  29. MCP-PMT • 高速性・磁場特性

  30. “Continuous” dynode chain (Hamamatsu) Pb-glass Pore : 2 mm Pitch: 3 mm (Burle Industries) MCP(Micro Channel Plate) Kind of 2D PMT: + high gain up to 5 104; + fast signal (transit time spread ~50 ps); + less sensitive to B-field (0.1 T); - limited lifetime (0.5 C/cm2); - limited rate capability (mA/cm2); from T. Gys, Academic Training, 2005

  31. +++++++++++++++ +++++++++++++++ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ +++ +++++ _ _ _ _ _ _ _ Concept of Multigap RPC for improvedtiming resolution 130 mm active area 70 mm High performance achieving 50 ps Timing resolution Revolutionizing TOF identification honeycomb panel (10 mm thick) PCB with cathode pickup pads external glass plates 0.55 mm thick internal glass plates (0.4 mm thick) PCB with anode pickup pads Mylar film (250 micron thick) 5 gas gaps of 250 micron PCB with cathode pickup pads M5 nylon screw to hold fishing-line spacer Honeycomb panel (10 mm thick) C.W.Fabjan/ CERN connection to bring cathode signal Silicon sealing compound to central read-out PCB

  32. 2011年度測定器修士論文賞大面積・高時間分解能Resistive Plate Chamber の開発冨田　夏希氏   （京都大学）

  33. Hyper resolution TOF Simulation Cherenkov light • Structure • Small-size quartz (cm~mm length) • Cherenkov light (Decay time ~ 0) extremely reduce time dispersion compared to scintillation (t ~ ns) • MCP-PMT (multi-alkali photo-cathode) • TTS < 50ps even for single photon gives enough time resolution for smaller number of detectable photons Ng~240 Scintillation (BC408) Test counter Ng~820

  34. エネルギー損失によるβ測定 • Remember Bethe-Bloch formulation • 低エネルギーで極めて有効

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