JLCカロリメータ ビームテスト報告 V ストリップファイバー型電磁

2003年3月28日
日本物理学会第58回年次大会＠東北学院大学
JLCカロリメータ ビームテスト報告 V
ストリップファイバー型電磁カロリメータの
応答一様性とシャワー発達
山田豊、金信弘、松永浩之、
関口克巳、内田訓雄、松本偉史、山本澄江
B,C,D,E,F,G,H
A
A
永野あい、山内伸、他JLCカロリメータグループ
A
B
筑波大物理、筑波大自然、神戸大自然、
C
E
D
神戸大理、信州大理、高エ研、
G
甲南大理、新潟大自然H
1. 目的
2. 電磁シャワーの奥行き方向の発達
3. 電磁シャワーの横方向の発達
4. まとめ
目的
JLC電磁カロリメータ T517ビームテスト結果から
次の 2 点について詳細に調べる
1. 電磁シャワーの奥行き方向の発達
電磁シャワーの奥行き方向の発達を関数
α −1 − β ( t − a )
−
t
a
e
β
(
)
{
}
1 dE = f × β ×
E0 dt
Γ(α )
でフィットし
シャワーの形状を特徴づける 4 パラメータα,β,a, f, を決定する
2. 電磁シャワーの横方向の発達
横方向に細かい分割を持つカロリメータテストモジュールの
特徴を生かし、電磁シャワーの横方向の発達を関数
r
1 B
−
exp
f (r) =
(
r
λ
(
λ
でフィットし、シャワーの拡がりを表す 2 パラメータ B, λを求める
T1 C1
DC1
DC4
TEM
DC3
movable stage
光電子増倍管へ
クリアファイバー
0.4 cm 0.6 cm
mu＆pi1
DC2
C2 T2
(NEM)
- 1∼4 GeV の を使用
e,μ
(PreShower)
(SHmax)
2002年 T517 Beamtest@KEK
T3＆V1
T517 ビームテスト
iron wall
波長変換ファイバー
(直径 1 mm)
プラスチックシンチレータ
鉛板
(200 mm × 200 mm × 4 mm)
断面図
20 cm
1 mm
2 mm
ファイバーコネクタ
端面はアルミ蒸着してある
24 Layer
=
∼
6 Super Layer
Beam
ペットフィルム
光電子増倍管へ
1 Layer
ホワイトペイント
ストリップ型シンチレータ
(200 mm × 10 mm × 2 mm)×20
波長変換ファイバー
光電子増倍管へ
1. 電磁シャワーの奥行き方向の発達
フィット関数
電磁シャワーの奥行き方向の発達は
次の式に従うことが知られている
dE
dt
α
a
1 dE = f × β × ( βt ) e
E0 dt
Γ(α )
α −1 − βt
E : カロリメータにおとしたエネルギー
E0 : 入射粒子のエネルギー
t : カロリメータの深さ ( Χ )
β
f
t
シャワーの立ち上がりの情報を詳しく知りたい
0
α : シャワーの立ち上がりを決めるパラメータ
−1
β : シャワーのテールを決めるパラメータ ( Χ 0 )
f : 規格化のためのパラメータ
EMシャワーの開始位置を示すパラメータ aを追加
1 dE =
E0 dt
α −1
β (t − a)} e − β ( t − a )
{
f ×β×
Γ(α )
フィットの方法
− β (t − a)
1 dE = f × β × {β (t − a)} e
≡ g(t )
E0 dt
Γ(α )
赤：(1) の結果
青：(2) の結果
4パラメータでフィットはできない
（自由度が小さすぎるため）
2段階フィット
Pulse height (MIPs)
α −1
4 GeV e−
a = 0.006
α= 2.977
β= 0.456
(1) α,βを次の値に固定して
f , a の２パラメータでフィット
( 3.16@4GeV )
β = 0.47 + 0.014 ln E0
( 0.49@4GeV )
(
CDF 実験用カロリメータの
ビームテスト結果より
(
α = 2.2 + 0.69 ln E0
(2) (1)で得られた a を固定して
α,β, f の3パラメータでフィット
深さ (rad.length)
フィットパラメ−タ (4GeV e- )
a ：シャワー開始の位置
Number of Events
Number of Events
α：立ち上がり
a (Χ )
α
0
f ：規格化定数
Number of Events
Number of Events
β：テール
β(Χ
−1
0
)
f
他のパラメータ間
α vs β
2.0
特に強い相関は確認できない
α vs f
0
αとβの間に強い正の相関が確認できる
f
→
a (Χ )
パラメータ間の相関＜T517＞
α vs a
−1
β( Χ 0 )
1.0
4.0
6.0
β vs f
β( Χ )
0
a (Χ )
−1
0
f vs a
α
パラメータの対角化
→ 今後の予定
α
α
0
f
2.0
a (Χ )
0
f
β vs a
β( Χ )
−1
0
2. 電磁シャワーの横方向の発達
実験で得られた測定値
フィット関数
電磁シャワーの横方向の拡がりを
次の関数で近似する
r
exp ( −
f (r) =
r
λ
λ
｛
(
1 B
＝
ストリップ形状の範囲
( 200 mm × 10 mm)
でのエネルギー損失の和
ストリップ毎に次の積分を実行
r
：粒子入射位置からの距離
(ドリフトチェンバーを用いて決定 )
f (r) ：位置 r での電磁シャワーの
∫
F(i) = f(r)dS
(i = 1,2,...,20)
i ：ストリップ番号
エネルギー損失
B
：電磁シャワーの
エネルギー損失の大きさ
λ ：電磁シャワーの減衰長
実験値 ≒ F(i)
となるように B, λ の最適値を探す
フィットパラメ−タ (4GeV e- )
＜各ストリップの 6 S .L.
の応答の和をフィットした場合＞
Number of Events
B : エネルギー損失の大きさ
λ(cm)
＜パラメータ B, λ間の相関＞
B
Number of Events
λ：電磁シャワーの減衰長
B
λ(cm)
B, λ間に相関は見られない
フィットパラメ−タ (4GeV e- )
＜各S.L.毎にシャワーの横方向の拡がりをフィットした場合＞
S.L. 2
S.L. 1
S.L. 3
S.L. 5
B : エネルギー損失の大きさ
λ(cm)
λ(cm)
λ(cm)
S.L. 4
S.L. 1
λ(cm)
Number of Events
Number of Events
λ：電磁シャワーの減衰長
S.L. 3
λ(cm)
S.L. 6
S.L. 5
λ(cm)
S.L. 2
B
B
B
B
S.L. 4
S.L. 6
B
B
λ(cm)
)
−1
0
β(Χ
0
α
a (Χ )
奥行き方向と横方向のパラメータ相関
β(Χ
−1
0
)
α
0
a (Χ )
B
λ(cm)
λ(cm)
B
どのパラメータ間にも相関関係は確認できない
電磁シャワーの発達は奥行き方向、横方向、
それぞれ独立に考えられる
B
まとめ
1. 電磁シャワーの奥行き方向の発達
電磁シャワーの奥行き方向の発達をフィットし
シャワーの形状を特徴づける 4 パラメータα,β,a, f, を決定した
− β (t − a)
1 dE = f × β × {β (t − a)} e
E0 dt
Γ(α )
α −1
α= 2.985 ± 0.008
β= 0.453 ± 0.002 ( Χ )
−1
0
f = 0.979 ± 0.001
( 4 GeV e− )
a = - 0.170 ± 0.009 ( Χ 0 )
2. 電磁シャワーの横方向の発達
電磁シャワーの横方向の発達をフィットして
シャワーの拡がりを表す 2 パラメータ B, λを求めた
r
1 B
−
exp
f (r) =
(
r
B = 0.1977 ± 0.0005
λ
(
λ
λ= 1.714 (cm)
( 4 GeV e− )
＊各ストリップの6S.L.の応答の和をフィットしたときのもの
3. パラメータ間の相関
電磁シャワーの奥行き方向と横方向の発達を表すパラメータ間に
相関は見られない → それぞれ独立に考えることができる