Muon

ビーム実験による
CALET-IMCの性能評価
日本物理学会第６６回年次大会 26aGX-11
早大理工研 神奈川大工 A 横国大工 B
中村政則 相場俊英 赤池陽水 植山良貴 小澤俊介
笠原克昌 苅部樹彦 清水雄輝 鳥居祥二 田村忠久 A
奥野祥二 A 片寄祐作 B
目次
 CALET-IMCについて
 SPS実験について
 解析結果
 Muon照射
 SciFi位置補正
 粒子数較正
 Muon検出効率
 SciFi位置依存性測定
 クロストーク補正
 電子・ハドロン照射
 角度分解能
 IMCによる電子・ハドロン識別
 まとめ
CALET-IMCについて
CHD
IMCFEC
IMC
 シャワーの初期発達を観測
 入射粒子の飛跡観測
 粒子識別
 IMCの構造と原理
TASC
448 mm
712 mm
CALET構成図
18.1mm
18.1mm
 タングステンと1mm角のシンチ
レーティングファイバー（SciFi）
ベルトを積層
 吸収層のタングステンで起きた
シャワーをSciFiで測定する
 SciFiの発光を64チャンネルア
ノード光電子増倍管で読み出
しを行う
TASCFEC
516.5 mm
155.5 mm
 イメージングカロリメータ（IMC）
CHD
Electronics
20mm
32mm
シンチレーティングファイバー
（SciFi）ベルト
64チャンネルア
ノード光電子増
倍管
SPSビーム実験について
 実験概要
CALET試作検出器を用いた
Muon照射による装置較正と電
子・ハドロン照射による検出器性
能評価
 実験日時
2010年9月16日～25日
24時間×9日間のビームを使用
 照射ビーム
Muon
電子・陽電子
ハドロン
ビームライン上での実験セットアップ
150GeV/c
6～200GeV/c
30～150GeV/c
本解析ではSPSビーム実験
のデータを用いCALET-IMC
の性能評価を行った
CALET試作検出器IMC部分
Muon照射による検出器較正
 SciFi位置補正
1層目
粒子の通過した座標を正確に把握するた
め、再構成したMuonの飛跡をもとに
SciFiベルトの位置を補正
再構成された飛跡
SciFi
ビーム方向
発光点
8層目
位置補正後のSciFiベルトの座標
補正
飛跡とのずれ
 各チャンネルの最小電離粒子(1MIP)に対
する出力値の違いをMuonの出力シグナ
ルにより補正
Counts
 粒子数較正
1MIP
再構成したMuonの飛跡を利用し、各ｃｈでMuon
の通過したイベントを選別
ガウス分布を畳み込んだランダウ分布でフィッ
ティングし、1MIPの出力値を求めた
SciFi1チャンネルでの
Muonのヒストグラム
ADC[ch]
Muon検出効率
 SciFiベルト1層における粒子検出性能を調べるためMuonの検出
効率を算出
 𝐌𝐮𝐨𝐧検出効率＝
Layer
Efficiency[%]
1
2
𝐌𝐮𝐨𝐧検出回数
𝐌𝐮𝐨𝐧のSciFiベルト通過回数
3
4
5
6
7
8
平均
96.0 96.5 97.0 95.4 95.7 95.6 96.5 97.1 96.2
Muon
クラッド（不感領域）
1mm
コア
0.96mm
1mm
Muon検出効率のSciFiベルト上での位置依存性
 検出効率が落ちている箇所が1mm間隔で存在
 検出効率とSciFi中の有感部の割合が一致
SciFiベルト断面図
クラッドの不感領域
による影響
SCIFI位置依存性測定
 SciFi中での減衰の影響を検証するため、
5cm間隔でMuonの照射場所を変え測定
Muon
 各点での1MIPのピーク値を比較
5cm
MAPMT
A B C D E F GH I
SciFi
44.8cm
𝐀𝐞𝐱𝐩 −𝒙/𝐁 + 𝐂𝐞𝐱𝐩⁡(−𝒙/𝐃)
減衰長＝313．2cm
 各照射位置において各ch
の平均からそれぞれの位
置でのMIPを算出
 2つの指数関数の足し合
わせでフィッティングし、減
衰長を算出
SciFi位置依存性
クロストーク補正
 Muon通過時のMAPMT各chの発光量からクロストークによる影響を
補正
 Muonの通過したchの発光量を100として、隣接するchでの発光
量を、それぞれのchで平均を取り、補正値とした
 シミュレーションデータに実際のクロストークの補正を加えた
Muon
SciFiベルト（1層SciFi×32本）
MAPMT
A層
A層
ビーム
入射方向
B層
B層
28
29
30
31
28
29
30
31
24
25
26
27
24
25
26
27
20
21
22
23
20
21
22
23
16
17
18
19
16
17
18
19
12
13
14
15
12
13
14
15
8
9
10
11
8
9
10
11
4
5
6
7
4
5
6
7
0
1
2
3
0
1
2
3
隣接するch
（赤枠内）
Muonの
通過したｃｈ
MAPMT管面上でのSciFiベルトの対応関係
あるchでのクロストークの補正値
角度分解能（電子照射）
 電磁シャワーのシャワー軸を再構成し電
子の到来方向を決定
 再構成されたシャワー軸の角度分布の幅
から角度分解能を算出
シャワー軸
IMC1層目
角度分布（電子10GeV）
黒：シミュレーションデータ 赤：実験データ
IMC8層目
シャワー軸再構成のイメージ図
（電子10GeV）
各エネルギーでの角度分解能
黒：実験データ 赤：シミュレーションデータ
IMC中でのシャワー横広がりによる電子・ハドロン弁別
 電磁シャワーとハドロンシャワーの横広がりの
違いを利用して電子・ハドロン弁別を実行
電子10GeVとハドロン30GeVのシャワー
横広がり分布 （トリガー条件による選別
後）
横広がりの式
𝑹𝑬 =
𝚺𝒊 𝚫𝑬𝒍𝒂𝒚𝒆𝒓𝒊 𝑹𝟐𝒊
𝚺𝒊 𝚫𝑬𝒍𝒂𝒚𝒆𝒓𝒊
ただし
𝑹𝒊 =
𝚺𝒋 𝚫𝑬𝑺𝒄𝒊𝑭𝒊𝒋 (𝒙𝒋 − 𝒙𝒄 )𝟐
𝚺𝒋 𝚫𝑬𝑺𝒄𝒊𝑭𝒊𝒋
𝚫𝑬𝒍𝒂𝒚𝒆𝒓𝒊
i層目で落としたエネルギー
𝚫𝑬𝑺𝒄𝒊𝑭𝒊𝒋
j番目のSciFiで落としたエネルギー
𝒙𝒄
再構成したシャワー軸の位置
 シミュレーションデータから決定した値をもとに
電子・ハドロン弁別を実行
 トリガー条件と横広がりを用いた選別による電子
の残存率とハドロンの除去率をシュミレーション
データと実験データから算出した
電子残存率
ハドロン除去率
シミュレーションデータ
91.2%
98.9%
実験データ
88.2%
98.4%
電子
ハドロン
まとめ
 SPSビーム実験の結果を用いCALET-IMCの性能評価を行った
 Muon照射
 SciFi位置補正、粒子数較正
 Muon検出効率 ～ 96%
 SciFi位置依存性 ⇒ 減衰長＝3.13m
 クロストーク補正
 Muon照射のデータからクロストーク補正値を算出
 電子・ハドロン照射
 シャワー軸再構成（電子） ⇒ 角度分解能の算出
角度分解能𝝈𝒙 ＝0.44°（10GeV）、0.34°（200GeV）
𝝈𝒙 = 𝝈𝒚 を仮定すると、
角度分解能は𝝈 = 0.62°（10GeV）0.48°（200GeV）
 IMC中でのシャワー横広がりによる電子・ハドロン弁別
⇒シミュレーションと矛盾の無い結果
 今後の課題
 シャワー軸再構成における角度分解能のシュミレーションとのず
れの検証
 IMCのデータに加え、TASCのデータを利用し精度の良い電子・
ハドロン弁別を行う