鶴岡裕士/筑波大学/ TAC /2002年1月 2 3日 - PowerPoint PPT Presentation

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鶴岡裕士/筑波大学/ TAC /2002年1月 2 3日

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  1. 鶴岡裕士/筑波大学/TAC/2002年1月23日鶴岡裕士/筑波大学/TAC/2002年1月23日 筑波大学大学院博士課程 数理物質研究科修士論文 RHIC-PHENIX実験におけるp+p衝突実験のための 衝突検出器の設計と開発 数理物質科学研究科2年次  鶴岡裕士     指導教官         三明康郎 1.目的 2.設計 3.テスト実験(KEK) 4.製作、インストール 5.p+p衝突データ 6.まとめ http://utkhii.px.tsukuba.ac.jp/research/tzero/tzero.html 1

  2. 1ー1 RHIC-PHENIX実験 1 目的 • Au + Au原子核衝突実験 •  米国ブルックヘブン国立研究所(BNL)、 • 高エネルギー重イオン加速器(RHIC)にて • 2000‥ • 2001‥ • クォーク・グルーオン・プラズマ(QGP)       の生成・探求が目的 PHENIX • p + p衝突実験 • 2001、12月 ~ • 同一検出器の使用によって、 p+pとA+Aの比較における系統誤差を小さくする 新たなトリガーカウンターが必要 2

  3. 1-2.既存の衝突検出器 1 目的 トリガーカウンター Beam Beam Counter 広島大 ΔT~40ps ストップカウンターTime Of Flight 筑波大ΔT~80ps σ~115ps Vertex BeamLine TOFmeasured – TOFexpected [ns] 右図 清道明男氏作成 3

  4. 1-3.なぜ、新たなトリガーが必要か?  2000年4月1-3.なぜ、新たなトリガーが必要か?  2000年4月 1 目的 ①TOFにHitするEventの収集効率を上げる ①BBCでは、ΔTが悪い TOF BBCPMT128本中 Au+Au<100本  , p+p ~3本 ~33% ~10% T0 BBC tof w. T0-trigger tof w. bbc-or-trigger ②BBCでは、EventにBiasがある ALL 粒子数 tof BBC trigger tof w. T0-trigger / tof tof w. bbc-or-trigger / tof pt tof w. bbc-or-trigger / tof 表、下図 小野雅也氏、江角晋一氏作成 4 T0 bbc tof w. T0-trigger / tof

  5. 2ー1.Time Zero Counterの設計  2000年4~6月 2 設計 R z B ~3k Gauss , 30° R=60m Beam Beam 1m s(dp/p) with T0 without T0 粒子識別されたハドロン測定のために • 長さ1mで ΔT<80ps Optical Monte Carlo Simulation • 高磁場下で運用可能 磁場中でのPMTのテスト no mult. scatt. momentum (GeV/c) GEANTによるシミュレーション         厚さ1.5cmのシンチレータを使った場合 5 左下図 團村絢子氏作成

  6. 2ー2.Optical Monte Carlo Calculation2000年6月 2 設計 disappear R or none photon T1+T2+T3=Tt もし光電子が発生したら、1光電子分のパルスを生成 0.987 : Reflectance ※ n : # of reflect λ : Attenuation length V(t) V(t) threshold Tt T T1 : Time for scintillator to emit photonRise Time = 0.7 ns , Decay Time = 1.8 ns T2 = ( Optical path ) / c T3 : Transit Time and T.T.S in PMTTransit Time = 9.5ns , T.T.S = 440 ps TDC Time Resolution 6 ※Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 349 (1994) 447-453

  7. 2ー3.Optical Monte Carlo の結果  2000年6月 2 設計 πー ⊿TR ⊿TL x [cm] t=1cm t=2cm t=3cm 厚さ2cmのシンチレーターで、時間分解能~60ps 7

  8. 2ー4.PMT‥磁場に対する性能評価  2000年10月2ー4.PMT‥磁場に対する性能評価  2000年10月 2 設計 θ B Laser • R5924 浜松ホトニクス • FineMesh 型 PMT • T.T.S ~ 440ps • gain 105~107 1 相対的な増幅率 30° Open -1600V Close -2000V 15° HV -2000V ‥‥ ~40Npe -1600V ‥‥ ~160Npe 0.1 0° 10090 80 70 0° 時間分解能 [ps] 60 15° 50 30° 40 30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 高磁場中でも、動作可能 磁場 [ k Gauss ] 電磁石提供  KEK 佐藤任弘先生 8

  9. 3ー1.KEKテストビーム実験  2000年12月 3 テスト実験 2GeV/c pi- beam start1 start2 veto define1 T0 B-field define2 • セットアップ π- • KEK , T1ビームライン, No. T-479 9

  10. 3ー2.得られた分布   2000年12月 3 テスト実験 ST1-ST2 T0: 59ps ST1: 39ps ST2: 31ps Slewing correction 50ps TDC ST1-T0 ST2-T0 71ps 67ps ADC 10

  11. 3ー3.KEKテスト実験の結果   2000年12月 3 テスト実験 πー ⊿TR ⊿TL x [cm] B ⊿T 50 cm ΔTL ΔTR ΔT ΔTL ΔTR ΔT 2×2 OUT 2×2 IN 2×8 Open - Monte Carlo Close – KEK test 時間分解能[ psec ] ⊿T [25pse] B [Gauss] 時間分解能~60psec x [cm] 磁場の影響は少ない 11

  12. 4ー1.製作   2001年4~10月 4 製作・インストール 12

  13. 4ー2.インストール   2001年11月末 4 製作・インストール 13

  14. 5ー1.陽子・陽子衝突で得られた分布 2001年12月5ー1.陽子・陽子衝突で得られた分布 2001年12月 5p+p実験データ MIP Energy Loss [MeV] T0TZC – T0BBC [ns] 1m T0 Counterは正常に動作している Z position [cm] 14

  15. 5ー2.Calibrationの現状 5p+p実験データ 1. Time Conversion parameter 1 2 2. Charge Conversion parameter 3. TVC/QVC pedstal 4. Light velocity in scintillator 5. Z position Offset 5 6 6. Energy loss Conversion factor 7. Time Offset MIP 8. Slewing Parameter 9. Global Time Offset Energy Loss [MeV] ⇔QVC[ch] Z [cm] Blue : complete Orange : Rough (as first order) Gray : after we get the track We will construct offline software to get the track. 2002年1月 15

  16. 5ー3.トリガーカウンターとしての役割 2002年1月5ー3.トリガーカウンターとしての役割 2002年1月 5p+p実験データ pp collision  ~70 BBC trigger 33 T0 trigger 15 24 9 6 # of T0 Hit (with BBC trigger) T0 Counterは triggerとして有効 16

  17. 5ー4.陽子・陽子衝突での粒子識別  2002年1月5ー4.陽子・陽子衝突での粒子識別  2002年1月 5p+p実験データ # of T0 Hit (with BBC trigger) T0 Counterは 粒子識別に成功 清道明男氏 作成 2002年1月22日 17

  18. 6.まとめ 6 まとめ • PHENIX実験 p + p衝突用トリガーカウンター( Time Zero Counter )を   • 設計・製作、そしてPHENIX検出器にインストールした。 •  高磁場用Fine Mesh型 PMT(R5924 HAMAMATSU)の磁場に対する性能評価を • KEKにて行った。 • Fine Mesh型PMTとシンチレーター(BC404)を組み合わせることにより、 •  トリガー及びスタートタイミングを高磁場中で得ることができた。 •  時間分解能は~60psecを達成し、モンテカルロシミュレーションと近い値を得た。 • p + p 衝突実験において、Time Zero Counterは新たな衝突検出器として •  正常に動作しており、TOFを用いて、粒子識別を行うことができた。 • 今後の課題 •  より正確にCalibrationParameterを求め、粒子識別の精度を上げる。 18

  19. 1-1.p+pデータの活用例 鶴岡裕士/筑波大学/TAC/2002年1月23日 The A+A collision as a sum of independent nucleon-nucleon (N+N) collisions. RAA 2 1 0 0 2 4 pT (GeV/c) Suppression of Hadrons with Large Transverse Momentum Phys. Rev Lett. 88 , 022301 , (14/Jan/2001) K.Adcox et al. (PHENIX Collaboration) 18

  20. 1-2.既存の衝突検出器 鶴岡裕士/筑波大学/TAC/2002年1月23日 トリガーカウンターBeam Beam Counter ストップカウンターTime Of Flight 広島大ΔT~40ps 筑波大ΔT~80ps σ~90ps Vertex BeamLine TOFmeasured – TOFexpected [ns] 右上図 清道明男氏作成 3

  21. 2ー3.シンチレーターの厚さは? 鶴岡裕士/筑波大学/TAC/2002年1月23日 πー ⊿TR ⊿TL x [cm] • BICRON BC-404 2cm×8cm×1m • γ→e+e-の確率 • 時間分解能 0.5×0.5 [cm2] 0.8×0.8 [cm2] 1.2×1.2 [cm2] 1.5×1.5 [cm2] charged particle x [cm] 左図Nucl. Instr. And Meth in Phys. Res. A347(1994)447-453 、 右図 小野雅也氏作成 7

  22. 2ー3.ライトガイドの決定 鶴岡裕士/筑波大学/TAC/2002年1月23日 L=10 , 18 cm 7

  23. 2ー5.対生成電子測定のために 鶴岡裕士/筑波大学/TAC/2002年1月23日 PMT Photon Conversion Rejecter WLS-fiber(BCF-92) Plastic Schintillator (BC 404,BC408) Efficiency = 83.4 ± 0.2 % 團村絢子 自然学類卒業論文(2001年)より 9