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読み出し機構の違いによる TPC 性能の比較

読み出し機構の違いによる TPC 性能の比較. 広大 VBL ，高エ研 A ，筑波大 B ，農工大工 C ，工学院大 D ，　　近大 E ，佐賀大理工 F ， MSU G ， DESY H ， MPI I ， Saclay J ， Orsay K ， Carleton L

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読み出し機構の違いによる TPC 性能の比較

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Presentation Transcript

  1. 読み出し機構の違いによるTPC性能の比較 広大VBL，高エ研A，筑波大B，農工大工C，工学院大D，　　近大E，佐賀大理工F，MSUG，DESYH，MPII，SaclayJ，OrsayK，CarletonL 黒岩洋敏，藤井恵介A，小林誠A，松田武A，山口敦史B，　　　　　仁藤修C，土生昌宏C，中村圭一C，渡部隆史D，加藤幸弘E，杉山晃F，荒木智之F，H.C.J.GoocG，R.L.ReservaG，D.C.AroganciaG，池松克昌H， R.SettlesI，P.ColasJ，V.LepeltierK，T.ZerguerrasK，M.DixitL，K.BoudjemlineL Introduction Sensors Beam Test Results Summary 14aSE-1, 日本物理学会, Sep. 12～15, 2005 大阪市立大学（杉本キャンパス）

  2. Introduction LC飛跡検出器への要求性能

  3. l+ σpTασx720αC 10X pTBL2n+4BL7 X0 2 2 ≅ pT2 + l- LC飛跡検出器への要求性能 • ヒッグス粒子の探索法 • 反跳質量法による測定 e+e-HZbb l+l- Z (レプトン対) のエネルギーや運動量からHの質量を保存則より計算 　　レプトン対の運動量を高精度で測定することが必要 　　　　　　飛跡検出器に対する要請 50GeVの粒子に対して 0.4%の運動量分解能 　　位置分解能 (σx) は150μmが必要 α = 333.56 (cm･T･GeV-1) C = 0.0141 (GeV) B = 3～4 (T) : 磁場 n = 200～250 : 測定点の数 L = 155 (cm) : 飛跡の長さ

  4. b b LC飛跡検出器への要求性能 • ヒッグス粒子の探索法 • 不変質量法による測定 e+e-HZbbννe+e-HZbb qq Hの崩壊によるbジェット対の全四元運動量からHの質量を保存則より計算 ジェット中では多数の荷電粒子が狭い領域に飛跡を残すため、これらを分離することが必要 荷電粒子の飛跡とカロリーメーターのクラスターを一対一対応させ、エネルギーを重複して数えないようにする 飛跡検出器に対する要請 近接二粒子飛跡の 分離性能 数mm程度 z(ビーム軸)方向の 位置分解能 1mm以下

  5. 本実験の目的 • 飛跡検出器としてTPCを採用 TPC sensor：MWPC、GEM、Micromegas • 読み出し機構の違いによる性能の比較 Beam test 同じField Cage、Electronics、解析

  6. Sensors MWPC GEM Micromegas

  7. MWPC • Multi Wire Proportional Chamber • 直径30μmのアノードワイヤー（2mm pitch）で増幅 • パッド上に電荷を誘起 • Wire-Pad間距離：1mm セクター境界による不感領域 陽イオンフィードバック E×B effect 1cm以下の近接飛跡分離が困難

  8. 銅膜 GEM • Gas Electron Multiplier • 絶縁体の両面に銅膜を貼付 • 銅膜間で増幅（∼102）⇒ 3段使用 • GEMの利点 • 位置分解能、近接飛跡分離能の改善 • セクター境界に起因する不感領域の削減 • 陽イオンフィードバックの軽減 • E×B effectの軽減

  9. S1 s S2 Micromegas 50μm • Micro Mesh Gaseous Structure • 50μmpitch • 50～100μmのpillarで支持 • Mesh-Pad間で増幅（∼104）⇒ 1段 • Micromegasの利点 • セクター境界に起因する不感領域の削減 • 位置分解能、近接飛跡分離能の改善 • 陽イオンフィードバックの軽減 • E×B effectの軽減

  10. Beam Test Setup Prototype TPC MWPC : Jun. 2004 GEM : Apr. 2005 Micromegas : Jun. 2005

  11. Setup • KEK-PS π2 beam line • 4GeV π- • Super conducting magnet (JACEE) • B = 0, 0.5 and 1T • Readout • ALEPH TPC electronics amplifiers（16 channels each） 500ns shaping time charge sensitive TPD（FASTBUS module） sampled every 80 ns and digitized

  12. Prototype TPC • 最大ドリフト距離：26 cm • 10×10×26 cm3 • 読み出しパッド • 32 pads×12 pad rows • 2×6 mm、0.3 mm gap ⇒ MWPC、Micromegas • 1.17×6 mm、0.1 mm gap ⇒ GEM • チェンバーガス • Ar + CH4 + CO2 (93:5:2)：TDR ⇒ MWPC • TDR、Ar + CH4 (95:5)：P5 ⇒ GEM • Ar + isoC4H10 (95:5) ⇒ Micromegas

  13. Results Charge Width X Resolution Z Resolution

  14. Charge Width (Pad Response) • あるパッド上のnormalized charge (NQi = Qi/∑Q) を(Xpad - Xtrack)の関数としてプロット Charge width for different drift regions (Micromegas、B = 0T) (Ar+iC4H10、2mm pad) anode Z → 3点重心法で hit点を決定 cathode

  15. Width of PR as a function of Z 1.2mm/sqrt(12) = 367μm 2.3mm/sqrt(12) = 664μm • GEM (1T) & Micromegas (0、0.5、1T) σPR2 = σPR(0)2 + CD2 .z σPR(0) : width @ 0 drift [μm] MWPC : 1390 (2mm pad) GEM : 453 (1mm pad) Micormegas : 781 (2mm pad) CD : diffusion constant [μm/sqrt(cm)] @ 1T MWPC : 220 (TDR) GEM : 206 (TDR) Micromegas : 198 (Ar+iC4H10) Magboltz Sim. : 180 (TDR) 193 (Ar+iC4H10)

  16. X Resolution as a function of Z • MWPC & GEM (TDR)、Micromegas (Ar + iC4H10) • B = 1TB = 0.5、1T σ0 : resolution w/o diffusionCd : diffusion constantNeff : effective number of electrons

  17. Z Resolution as a function of Z • MWPC & GEM (TDR)、Micromegas (Ar + iC4H10) • B = 1T • σz < 1mm （26 cm drift） • Track-Cluster matchingには問題なし

  18. Summary • LC-TPC開発のためprototype TPC beam test • MWPC、GEM、Micromegas • GEM、Micromegasは近接飛跡分離において有利 • σx MWPC：E×B effectによる悪化がみられる GEM、Micromegasでは同様の結果 Micromegas : 1mm padでの測定 resistive foilの使用が必要 • σz < 1mm (26 cm drift、1T) 1.2mm/sqrt(12) = 367μm 2.3mm/sqrt(12) = 664μm ⇒ Oct. 2005 KEK-PSでビームテスト

  19. Charge Width (Pad Response) • MWPC & GEM • 1T、TDR gas

  20. X Resolution (How to Fit?) σ0 : resolution w/o diffusionCd : diffusion constantNeff : effective number of electrons Other Diffusion 1- fix Cd from PRF 2- fit σx = f(z) with σ0and Neff free 3- Plot Magboltz curve with :σ0obtained from the fit (2)Cd is known Neff from (2)

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