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鶴岡裕士／筑波大学／ TAC ／２００２年１月 2 ３日

鶴岡裕士／筑波大学／ TAC ／２００２年１月 2 ３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. １ｰ１　 RHIC-PHENIX 実験.

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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

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