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ILC カロリメータの設計研究

ILC カロリメータの設計研究. 日本物理学会　 2005 年秋季大会 2005/09/15 筑波大学　山口佳博 ACFA-SIM-J グループ GLD Calorimeter グループ 他. 目次. 目的 カロリメータ構造 電磁カロリメータ性能 ハドロンカロリメータ性能 PFA による分割依存性 デジタルカロリメータ 閾値依存性 まとめと今後. 目的. シミュレーションによって、カロリメータの性能を研究するため、理想的なカロリメータ構造の実装、解析を行う。 デジタルカロリメータの性能を評価する。. シミュレーション ツール. データ解析.

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ILC カロリメータの設計研究

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  1. ILC カロリメータの設計研究 日本物理学会　2005年秋季大会 2005/09/15 筑波大学　山口佳博 ACFA-SIM-J グループ GLD Calorimeter グループ 他

  2. 目次 • 目的 • カロリメータ構造 • 電磁カロリメータ性能 • ハドロンカロリメータ性能 • PFAによる分割依存性 • デジタルカロリメータ • 閾値依存性 • まとめと今後 日本物理学会　2005年秋季大会

  3. 目的 • シミュレーションによって、カロリメータの性能を研究するため、理想的なカロリメータ構造の実装、解析を行う。 • デジタルカロリメータの性能を評価する。 日本物理学会　2005年秋季大会

  4. シミュレーション ツール データ解析 シミュレーション ツール SATELLITES LEDA URANUS JUPITER Input/Output module set IO JLC Unified Particle Interaction and Tracking EmulatoR Unified Reconstructionand ANalysis Utility Set Library Extention forData Analysis METIS Monte-Calro Exact hits To Intermediate Simulated output Geant4 based Simulator JSF/ROOT based Framework MC truth generator Event Reconstruction 日本物理学会　2005年秋季大会

  5. GLD 検出器 • 14m(幅)  14(高) 　　  13m(長) • 総重量: 13,000 t • 紫: バーテックス検出器 • 赤: タイムプロジェクションチェンバー • 緑: 電磁、ハドロンカロリメータ • 灰: ソレノイド • 青: ミューオン検出器 日本物理学会　2005年秋季大会

  6. カロリメータ構造 EM + HD HDCAL 130 レイヤー: 6.1 0 • パラメータリスト • 衝突点からバレルまでの距離: 210cm • 衝突点からエンドキャップまでの距離: 270cm シンチレーター 2mm 12cm 鉛 8mm EMCAL 38 レイヤー: 27 X0 シンチレーター 1mm 12cm 鉛 4mm 分割 33 タワー カロリメータ 日本物理学会　2005年秋季大会

  7. 磁場中での荷電粒子 磁場 3T 1GeV 10GeV TPC TPC HDCAL HDCAL • 電子 1GeV では電磁カロリメータに入射する角度が磁場により、非常に小さくなる。 • 電子 1GeV の電磁シャワーは電磁カロリメータの浅いレイヤーで止まる。 EMCAL EMCAL 日本物理学会　2005年秋季大会

  8. 電磁カロリメータ性能 (電子) Linearity Energy Deposit [GeV] Resolution Energy [GeV] Deviation [%] Deviation from Linearity 1GeVでは、電磁カロリメータ においてシャワーが浅いレイヤーで止まってしまう為、 線形性と分解能が悪くなる。 Energy [GeV] 日本物理学会　2005年秋季大会

  9. ハドロンカロリメータ性能 (パイオン) • 低エネルギー領域では線形性からのずれが大きい。 QGSP, LHEP  Geant4 のハドロン相互作用モデル Deviation [%] Deviation from Linearity Energy [GeV] 日本物理学会　2005年秋季大会

  10. ハドロンカロリメータ性能 (パイオン) sto = 40.61.1 % con = 7.10.3 % sto = 38.01.2 % con = 9.00.8 % sto = 39.31.2 % con = 8.40.6 % sto = 44.91.4 % con = 4.30.4 % sto = 46.330.35 % con = 0.90.4 % • QGSP : • LHEP : • Cut Magnet : (QGSP) • Front Cal : (QGSP) • Beam Test: Resolution Beam test from NIMA 487 (2002) 291-307 Configuration is 8mm lead and 2mm scinti. No EM Detector 日本物理学会　2005年秋季大会

  11. ee qqbar, s  300GeV ここでは “セルに入った粒子数” を、１セルに入った親粒子の数と定義する。 PFAによる分割依存性 セルに入った粒子の割合 [%] 親粒子 2個 親粒子 1個 セルに入った粒子数 • 1cm1cm: １粒子 ~ 100 % • 2cm2cm:１粒子 ~ 70 % • セルサイズが1cm 1cm と 2cm2cm とで粒子数の割合が大きく違う。  分割は 1cm1cm であることが望ましい。 青いセル: １粒子 赤いセル: ２粒子 日本物理学会　2005年秋季大会

  12. デジタルカロリメータ • 細分割構造 • ハドロンカロリメータ: 　　　分割 1212, セルサイズ 0.92  1.4 cm • 電磁カロリメータはアナログ読み出し、ハドロンカロリメータのみデジタル読み出し 。 • 読み出しはヒットが有/無のデジタル。 • ハドロン相互作用モデルは QGSP を用いる。 • 利点 • カロリメータ内で飛跡の再構成 • 読み出しが容易 • 費用が安い 日本物理学会　2005年秋季大会

  13. イベント ディスプレイ ピンク  電子 青色  ミューオン 黄色  光子 赤色  パイオン 緑色  陽子 紺色  中性子 • パイオン 100GeV HDCAL HDCAL TPC TPC EMCAL EMCAL セルサイズ = EM: 4cmx4cm, HD: 12cmx12cm セルサイズ EM, HD: 1cmx1cm 日本物理学会　2005年秋季大会

  14. 変換係数 W  Meananalog / Meandigital  NHD   Etot EEM  WNHD  EEM  NHD2  NHD • 入射粒子: パイオン • ヒットの有/無は、MIP単位で決めた閾値を越えたかで定義する。 Weight factor HDCAL 10GeV 0.1 mip NHit 5GeV 100GeV Energy Deposit [GeV] NHit 日本物理学会　2005年秋季大会

  15. Resolution 閾値依存性 10GeV Energy [GeV] • 高エネルギー領域で分解能が悪い。 • 分解能は閾値に依存しない。 75GeV Energy [GeV] 日本物理学会　2005年秋季大会

  16. まとめと今後 • まとめ • シミュレーションを用いて ILC カロリメータの性能を解析した。 • 電磁カロリメータ:   E  15.60.2   0.00.3  • ハドロンカロリメータは低エネルギー領域で線形性が悪い。また分解能は 7 % 程度の定数項が出る。 • PFAにおいて、ジェットを一つ一つ切り離すためにはセルの分割は 1cm1cm が良い。 • デジタルカロリメータではエネルギーの再構成がうまくいっておらず、高エネルギー領域ではエネルギー分解能が悪い。 • 今後 • ハドロン相互作用モデルの詳細を調査する。 • デジタルカロリメータで、分解能の向上を試みる。 日本物理学会　2005年秋季大会

  17. Back up 日本物理学会　2005年秋季大会

  18. Nhit vs. Energy Deposit Nhit Nhit Energy deposit [GeV] Energy deposit [GeV] Nhit Nhit Energy deposit [GeV] Energy deposit [GeV] 日本物理学会　2005年秋季大会

  19. Analog and Digital Analog Digital(0.1mip) 10GeV Energy deposit [GeV] Nhit 75GeV Energy deposit [GeV] Nhit 日本物理学会　2005年秋季大会

  20. NHit scatter plot Nhit Nhit Energy deposit [GeV] Energy deposit [GeV] Nhit Energy deposit [GeV] Energy deposit [GeV] 日本物理学会　2005年秋季大会

  21. Digital Total Energy (0.1mip) 5GeV 10GeV 25GeV 50GeV 75GeV 100GeV 日本物理学会　2005年秋季大会

  22. Energy deposit / cell EMCAL Energy Deposit / cell [MeV] Energy Deposit / cell [MeV] HDCAL 0.10013MeV Neutron capture? Energy Deposit / cell [MeV] Energy Deposit / cell [MeV] 日本物理学会　2005年秋季大会

  23. Energy deposit vs. Tof pi- 10GeV 1000event QGSP Tof [nsec] Energy /cell [MeV] Energy [MeV] Tof [nsec] Energy [MeV] Tof [nsec] 日本物理学会　2005年秋季大会

  24. Energy Deposit Energy Deposit / cell [MeV] Energy Deposit / cell [MeV] • Energy deposit in HD CAL • 10GeV single pi- • 100 event Energy Deposit / cell [MeV] 日本物理学会　2005年秋季大会

  25. Cut neutron exact hit (analog) 10GeV 5GeV 50GeV 25GeV 75GeV 100GeV •  E  52.00.4   1.90.2  日本物理学会　2005年秋季大会

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