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ILC での衝突点ビームプロファイルモニタのシミュレーション

ILC での衝突点ビームプロファイルモニタのシミュレーション. 東北大学 M1 伊藤和俊. ILC について. ILC(International Linear Collider) とは : 電子 • 陽電子衝突型線形加速器 第１期 : 500GeV 第２期 : 1TeV ILC での目的 : Higgs 粒子や超対称性粒子の探索 Higgs 粒子 : 質量の起源 超対称性粒子 : 粒子に対し、スピンが 1/2 だけ異なる粒子 トップクォークの精密測定 などなど …. ILC でのビーム. この中に 2x10 10 個の粒子. ビームバンチ.

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ILC での衝突点ビームプロファイルモニタのシミュレーション

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  1. ILCでの衝突点ビームプロファイルモニタのシミュレーションILCでの衝突点ビームプロファイルモニタのシミュレーション 東北大学 M1 伊藤和俊

  2. ILCについて • ILC(International Linear Collider)とは: • 電子•陽電子衝突型線形加速器 • 第１期 : 500GeV • 第２期 : 1TeV • ILCでの目的: • Higgs粒子や超対称性粒子の探索 • Higgs粒子 : 質量の起源 • 超対称性粒子 : 粒子に対し、スピンが1/2だけ異なる粒子 • トップクォークの精密測定などなど…

  3. ILCでのビーム この中に 2x1010個の粒子 ビームバンチ 639nm 5.7nm 300μm • 衝突点で、ビームサイズが大きくなるとLuminosityが低下してしまう。 衝突点での ビーム情報を得て補正する必要がある

  4. ペアモニタ • ペアモニタ : 衝突点でのビームの形状を測定可能。 • 厚さ、幅、ずれ、などなど… • ヒットするペアバックグラウンドをカウントする。 • ペアバックグラウンド : ビーム相互作用により生成される電子•陽電子ペア ペアバックグラウンド

  5. ペアモニタ e+ e+ e+ビーム e-ビーム e- e- • e+e-ペアは、向かってくるビームの電磁場により散乱される。 • 散乱後は、測定器内の磁場によりらせん運動し、ペアモニタに衝突する。 • ビームの電磁場は、ビーム形状に依存する。 • 散乱具合を見ることで、ビーム形状を測定できる。

  6. ペアモニタ 1トレイン = 2625バンチ 969.2s 199ms • ペアモニタは、シリコンピクセルセンサであり、ヒットした粒子数をカウントする。 • 半径10cm、厚さ200m • トレインを16分割し、それぞれのパートでカウントし、保存する。 • 保存したデータは、トレインとトレインの間で読む。

  7. シミュレーションのセットアップ • ビームエネルギー : 500GeV • Pair background generator : CAIN • Bunch size : (σx/σy/σz) = (639nm/5.7nm/300μm) • Tracking emulator : Jupiter (Geant4ベース) • 磁場 : ソレノイド磁場3T + anti-DID 400cm CH2Mask BCAL IP ペアモニタ

  8. Anti-DID(Detector Integrated Dipole) anti-DIDなし anti-DIDあり • ペアバックグラウンドが、測定器に衝突するのを防ぐために、磁場を変化させる。 Extraction hole Extraction hole high high Low Low e- e+ e- e+

  9. ペアモニタのヒット分布 e+ e+ e- e- ペアモニタ • 電子 : あまり散乱されない • 陽電子 : 大きく散乱される 陽電子のヒット分布 電子の ヒット分布 Extraction hole Injection hole

  10. シミュレーション事項 ビームバンチ 幅:639nm 厚さ:5.7nm 長さ:300μm Y e- +Δy -Δy Z e+ ペアモニタ • ビームバンチの厚さを変える。 • ビームバンチの幅を変える。 • ビームバンチをずらす。

  11. 厚さの測定 Y R  X Extraction hole • ビームの厚さの変化に対するヒットパターンの変化 nominal nominal Y[cm] R[cm] X[cm] [rad] 座標系の変更 5倍の厚さ 5倍の厚さ Y[cm] R[cm] X[cm] [rad]

  12. 厚さの測定 • 変化している部分を調べるため、projectionする 黒:nominal 赤:5倍の厚さ R[cm] 軸にprojection [rad] [rad] この部分に注目する

  13. Ratio 領域L • Ratio = NL/NALL Ratio R[cm] 1次関数でfit ビームの厚さ[nm] [rad] Ratioを測定することで、ビームの厚さがわかる。

  14. Resolution • 統計誤差を164バンチ分にスケールする。 nominal y/y[%] ビームの厚さ[nm] 5.3%の精度でビームの厚さを測定できる。

  15. 幅の測定 nominal • ビームの幅の変化に対するヒットパターンの変化 • 明らかに、ヒットパターンのサイズが小さくなっている。 Y[cm] X[cm] 3倍の幅 最大半径に注目する Y[cm] X[cm]

  16. 幅の測定 黒:nominal 赤:2倍の厚さ 緑:3倍の厚さ 青:5倍の厚さ 黒:nominal 赤:2倍の幅 緑:3倍の幅 R[cm] R[cm] ビームの幅が変化すると最大半径が変化 ビームの厚さに対しては変化しない

  17. ずれの測定 Y e- +Δy -Δy Z e+ ペアモニタ • ビームのずれに対するヒットパターンの変化 • 散乱されるときに上下の非対称性が生まれるはず。 Y[cm] X[cm] Y[cm] X[cm]

  18. ずれの測定 黒:nominal 赤:ずれあり R[cm] projection projection [rad] projection [rad] 黒:nominal 赤:ずれあり 黒:nominal 赤:ずれあり 領域U 領域D [rad] [rad]

  19. Ratio • Ratio = NU/ND 領域U Ratio R[cm] 厚さ 黒：1倍 赤:1.25倍 緑:1.5倍 青:2倍 黄:3倍 桃:5倍 [rad] 領域D 相対的ずれ Dy/sy Ratioを測定することで、ビームの同士のずれがわかる。

  20. 今後は • ビーム同士が回転して衝突した場合のstudy • より正確な磁場でのシミュレーション 回転

  21. ペアバックグラウンド 衝突点付近での 電子•陽電子のエネルギー エネルギー[MeV]

  22. Beam bunch の電磁場による散乱 e+ E __ e- B’ =γβb c 速度 β E’ =γE 速度 βb 散乱 e+の受ける力 : 上向きに eE’ ( 1 + ββb ) 振動 e-の受ける力 : 下向きに eE’ ( 1 + ββb )

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