2020-01-26
10:54 |
Optimization of the pi0 reconstruction selections for the Belle II experiment
/ Sebastian Stengel ; Concettina Sfienti ; Torben Ferber
[BELLE2-MTHESIS-2020-001]
Presented on 11 12 2019 MSc
2019
Johannes Gutenberg University, Institute of Nuclear Physics
/ Mainz
The purpose of this thesis is to provide optimized selections for the π0 reconstruction in the Belle II analysis software framework (basf2). [...]
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2019-12-06
06:04 |
A study of beam background from SuperKEKB on Belle II Silicon Vertex Detector
/ Hikaru Tanigawa ; Yutaka Ushiroda
[BELLE2-MTHESIS-2019-023]
Presented on 31 01 2019 MSc
2019
The University of Tokyo
/ Tokyo
The Belle II experiment plans to start its full operation in March 2019 hosted by KEK in Tsukuba, Japan. [...]
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2019-12-04
09:23 |
D^0 Lifetime Measurement with Belle II Early Data
/ Gaetano de Marino ; Francesco Forti ; Giulia Casarosa
[BELLE2-MTHESIS-2019-022]
Presented on 16 10 2019 MSc
2019
Università di Pisa
/ Pisa
Belle II is an international particle physics experiment located at the KEK Laboratory in Tsukuba, Japan, where the SuperKEKB accelerator operates. [...]
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2019-11-07
13:59 |
Diamond-detector commissioning and tracking-efficiency studies in the Belle II experiment
/ Riccardo Manfredi ; Diego Tonelli ; Lorenzo Vitale
[BELLE2-MTHESIS-2019-021]
Presented on 20 09 2019 MSc
2019
Università di Trieste
/ Trieste
This is an experimental particle-physics thesis aimed at preserving and optimizing the charged-particle tracking performance of the Belle II experiment. [...]
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2019-11-06
11:21 |
Development of MCP-PMT performance test system for Belle II TOP counter (in Japanese)
/ Hideki Takeichi
[BELLE2-MTHESIS-2019-020]
Presented on 01 02 2012 MSc
2012
Nagoya university
/ Nagoya
2015 年に始まるBelle II 実験は電子陽電子衝突型加速器を用いて生成したB 中間子の 稀崩壊現象の精密測定を行う。8 × 1035cm−2s−1 の世界最高ルミノシティーにより素粒子 標準理論を越える物理の探索を目的とする。Belle II 実験のK/π粒子識別装置TOP(Time Of Propagation) カウンターは石英輻射体と光検出器MCP-PMT(Micro Channel Plate-Photo Multiplier Tube) から構成され、識別効率95% 以上、誤識別率5% 以下を目指している。 MCP-PMT には一光子検出が可能、50ps 以内の時間分解能、量子効率(QE) が24% 以上 など高い性能が要求される。 現在TOP カウンターの製作のためMCP-PMT の量産が始まっている。3 年弱でMCPPMT を550 個揃える予定であり、それらの選別が必須である。また量産品の性能を生産 にフィードバックし量産を円滑に進める仕組み、及びMCP-PMT の較正を行う仕組みが 必要である。そこで本研究では、量産品の性能測定システムを構築することを目的とす る。本システムでは24 時間以内にMCP-PMT2 個が測定できる速度を要求した。また以 下の測定精度を要求した。 ・量子効率相対的に± 5% ・ゲイン± 10% ・時間分解能± 5ps ・ダークレート± 10% ・収集効率相対的に± 5% これ等を基にQE 自動測定システムと、ゲイン、時間分解能、ダークレート、収集効率を 測定する一光子特性自動測定システムを構築した。また完成したシステムで初期量産品 の品質確認を実際に行った。 QE 自動測定システムでは照射光に対する出力電流からQE を算出する仕組を構築した。 1.7% 以内の精度で検出効率の分かっているフォトダイオードでの光量把握により2.0% の QE 測定精度を実現し、かつ全自動化により一個のMCP-PMT あたり9 時間半の測定を可 能にした。また一光子特性自動測定システムでは時間広がり17ps のレーザー光を一光子 状態に減光してMCP-PMT に照射したときの出力信号から各特性を算出する仕組を構築 した。MCP-PMT 一個の全16 チャンネルの測定を連続で自動に行うことでMCP-PMT 一 個あたり6 時間での測定を可能とした。QE 自動測定システムとの同時稼動により24 時 間でMCP-PMT2 個以上の測定が可能である。また精度は時間分解能± 2ps、ダークレー ト± 5% での測定を可能とした。一方でゲインの測定精度は課題が残る。また収集効率 は絶対値精度に課題があるが、5% 以内の精度で量産品同士の相対値測定を可能にし、約 5% の精度での絶対値測定の実現性を示した。また初期量産品の測定から低量子効率や放 電の問題を明らかにし生産方法に見直しを求めた。 本研究の成果は、MCP-PMT 量産品の性能測定システムの構築、および初期量産品に 対する性能評価を実施し今後の量産の課題を明確にしたことである。
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2019-11-06
11:19 |
Optics performance evaluation for Belle II TOP counter (in Japanese)
/ Yusuke Koga
[BELLE2-MTHESIS-2019-019]
Presented on 01 02 2012 MSc
2012
Nagoya university
/ Nagoya
2015 年開始予定のBelle II 実験は、世界最高のピークルミノシティ(8 × 1035 cm−2s−1) でB 中間子を大量に生成し、その稀崩壊現象を調べることで標準理論を超える新しい物 理の探索を行う。これらの稀崩壊現象を調べる上で終状態に現れるK 中間子とπ 中間子 の識別が重要である。私は、Belle II 実験でK/π 識別を担う粒子識別装置TOP (Time Of Propagation) カウンターの開発研究を行っており、識別効率95% 以上、誤識別率5% 以 下の識別性能を目指している。 TOP カウンターは、石英輻射体やフォーカシングミラーなどの光学素子と光検出器 MCP-PMT (マイクロチャンネルプレート型光電子増倍管) から構成される。荷電粒子が 石英輻射体を通過する際に発するチェレンコフ光を光学素子内に伝搬させ、端面に接続 されたMCP-PMT で検出する。ある運動量の粒子に対しチェレンコフ光の放出角は質量 に依存することを利用しており、検出光子の位置と時間情報からチェレンコフリングイ メージを再構成することで粒子識別を行う。チェレンコフ光が伝搬する際の光子数の減 少と光路のずれが識別性能に影響するため、各光学素子の光学性能が非常に重要である。 これまでの研究から、目指す識別性能を達成するために必要な各光学素子の光学性能 が明らかになっている。具体的には、以下の3 点である。 • 発生した光子が、光学素子内を伝搬してMCP-PMT に到達する割合が80%以上。 • その際の光路のずれが0.5 mrad 以下。 • 10 年間の運転で予想される放射線照射による光子数の減少が10%以下。 さらに、実機生産には以下が求められる。 • 石英輻射体とフォーカシングミラーを相対角度0.2 mrad 以下、相対位置100 μm 以 下の精度で接着。 本研究では、レーザー、フォトダイオード、CCD カメラを用いた高精度の光学性能測 定システムを構築し、実機を構成する全ての光学素子について光学性能評価、放射線耐 性試験を行った。その結果、各光学素子の光学性能が要求を満たしていることを明らか にした。また、石英輻射体とフォーカシングミラーの相対角度をO(0.01) mrad、相対位 置をO(10) μm で制御可能な接着システムを構築し、実機プロトタイプの接着を行うこと で、実機接着のシステム・手法を確立した。 本研究の成果は、各光学素子を用いてTOP カウンター実機を製作した際に期待通りの 識別性能が得られることを、光学的観点から実証したことである。
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2019-11-06
11:09 |
Performance study of TOP counter prototype using LEPS beam line (in Japanese)
/ Ryohei Maeshima
[BELLE2-MTHESIS-2019-018]
Presented on 01 02 2013 MSc
2013
Nagoya university
/ Nagoya
KEK(高エネルギー加速器研究機構) では、2016 年よりB 中間子等をプローブとして新 物理発見を目指したBelle II 実験が稼働予定である。我々は、Belle II 実験で稀崩壊現象を 観測する為に重要なK/ 粒子の識別において、検出効率> 95%、誤識別率< 5% を達成 すべく、TOP カウンター(Time Of Propagation Counter) の研究開発を進めている。 粒子識別装置TOP カウンターは、輻射体である石英板と、石英内部を伝播するチェレ ンコフ光を検出する光検出器MCP-PMT(Micro Channel Plate Photo Multiplier Tube) か ら構成された、RICH(Ring imaging Cherenkov) 型検出器である。 TOP カウンターの粒子識別で重要な要素は、MCP-PMT の時間分解能(< 50 psec) と 量子効率(> 24%)、石英板の内部透過率(> 98:5%) と表面反射率(> 99:9%) であり、これ までの研究でそれらの性能は十分に要求を満たしている事が分かっている。従って現在で は、TOP カウンター全体としての性能を確認する事が最重要課題になっている。 そこで、実機サイズのTOP カウンターの性能を評価するため、2012 年4 月と10 月に SPring-8 LEPS ビームラインで12 GeV/c の電子ビームを用いた照射テストを行った。 私は、この照射テストにおいてRF 信号を用いた時間原点の較正と、TDC の較正の手 法を確立した。そして、TOP カウンターの性能を示す上で、重要な指標である、検出光 子数と時間分解能をデータとシミュレーションで比較した。その結果、検出光子数が予想 よりも少ないチャンネルが多く、また時間分解能も予想より悪い事が分かった。更に研究 を進めた結果、前者は、照射テスト中に石英板の表面とMCP-PMT の光電面の接着が剥 がれた事に起因していると明らかにした。また、後者の原因を調べるため、ビームのふら つきを考慮に入れたシミュレーションを行ったが、問題を再現する事が出来なかった。こ の原因を究明し、今後の照射テストに向けてこれらの問題点を改善する必要性を示した上 で、改善方法について議論する。
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2019-11-06
11:07 |
Optical measurement system for Belle II TOP counter quartz radiator (in Japanese)
/ Naoto Kiribe
[BELLE2-MTHESIS-2019-017]
Presented on 01 02 2013 MSc
2013
Nagoya university
/ Nagoya
2016 年開始予定のBelle II 実験は、B 中間子の稀崩壊現象を調べることで、標準理論を超える物 理の探索を行うことを目的とした素粒子実験である。私は、Belle II 実験でK= 識別を担う粒子識 別装置TOP カウンターの研究開発を行っている。TOP カウンターは、石英輻射体やフォーカシン グミラーなどの光学素子と光検出器MCP-PMT から構成される。荷電粒子が石英輻射体内を通過 する際に発生するチェレンコフ光を光学素子内で伝播させ、そのリングイメージをMCP-PMT で 検出し、粒子識別を行う。私は、その中でも石英輻射体の製作、検査システムについて研究を行っ た。 現在、全16 機のTOP カウンター量産のための石英輻射体の製造が始まっている。粒子識別の能 力は、検出される光子数の1/2 乗に比例するため、各輻射体に対して、内部透過率98.5 ％/m、内部 表面反射率99.9 ％などが要求される。私は、レーザーとフォトダイオードを用いた測定システム を開発した。レーザーの光路を分割し光量モニターを導入することで、十分なレーザー光量測定精 度±0:2 ％ を実現した。これにより、試作石英輻射体が、内部透過率、内部表面反射率の要求性能 を満たすことを確認した。さらに、量産に対応すべく、測定システムの自動化を行った。レーザー の光路は、石英輻射体表面のゆがみの影響を受けて変化する。したがって、フォトダイオード応答 の位置依存性を理解し、各レーザー入射位置に対しフォトダイオード位置をスキャンする事で、自 動化を実現した。 石英輻射体表面に欠けがあると、光子の損失や散乱が発生する。石英のような透明体の欠けは 写真に写りにくく、試作石英輻射体に対しては測定されなかった。私は、同軸落射照明を用いる事 で、欠けを写し出す撮影システムを構築した。また、O(0:01) mm2 の精度で欠けの大きさを測る画 像解析法を示した。 TOP カウンターを構成するためには、２つの石英輻射体とフォーカシングミラーを相対角度0.2 mrad 以下で接着する必要がある。私は、オートコリメータやレーザー変位計を用い、相対角度を O(0:01) mrad で制御可能なシステムを構築した。また、接着剤の吐出量制御装置を導入し、気泡の 発生を防いだ。結果として、実機サイズの試作石英輻射体に対して接着を成功させた。以上によ り、実機石英輻射体の接着の準備が整った。 本研究により、石英輻射体の量産における内部透過率、内部表面反射率、欠けの評価の準備が 整った。また、接着のシステム・手法を構築した。
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2019-11-05
13:12 |
Performance evaluation of TOP counter using CFD readout (in Japanese)
/ Yuhei Ito
[BELLE2-MTHESIS-2019-016]
Presented on 01 02 2014 MSc
2014
Nagoya university
/ Nagoya
2016 年から開始されるBelle ll 実験では、B 中間子の稀崩壊を用いて、新物理の探索を行う。そ れらの崩壊を膨大な背景事象と区別するためには、高い効率で 中間子とK 中間子を識別する必 要がある。我々はTOP(Time Of Propagation) カウンターを開発し、約3 GeV/c の運動量を持つ K 中間子に対して、Belle ll 実験における入射条件の平均で、95 %以上の検出効率と5 %以下の誤 識別率を目指している。 TOP カウンターは輻射体である石英板と、その端面に設置された光検出器MCP(Micro Channel Plate)-PMT から構成されたリングイメージ型チェレンコフ検出器である。石英板、光検出器それ ぞれについては、これまでの研究で十分な性能があることが分かっている。よって、現在の最重要 課題は実機仕様のTOP カウンターの粒子識別性能を評価することである。そこで、2013 年6 月に SPring-8 LEPS ビームラインにて、実機仕様のTOP カウンターとして初めての照射試験を行った。 本照射試験では32 個のMCP-PMT を用いるため、それらを安定的に読み出すシステムが必要 であった。また、以前の照射試験から、読み出し回路のチャンネル間のクロストークの発生確率を 低く抑えることが重要であると分かっていた。そこで私は、CFD を用いた読み出し回路を開発し、 性能評価を行った。その結果、時間分解能は50 ps 以下を達成した。更に、クロストークの発生確 率を1 %以下にしながら、検出効率の低下を10 %以内に抑えつつ、CFD の閾値電圧とMCP-PMT の印加電圧を最適化した。 次に、光検出器の応答、石英板の光学特性を考慮したシミュレーションと照射試験のデータを比 較し、TOP カウンターの特性を評価した。その結果、MCP-PMT の量子効率や石英板表面での 反射率の光子入射角度依存性を理解することが重要であると明らかにした。その効果を確かめる ため、3 GeV/c のK 中間子と 中間子のチェレンコフ光の検出確率分布をシミュレーションで作 成し、本照射のデータと比較することで、擬似的に3 GeV/c のK の誤識別率を見積もった。その 結果、TOP カウンターに垂直に入射させる条件で、上記の効果を考慮しない場合には誤識別率は 8.0 %だったが、考慮した場合には7.4 %に改善した。本研究によって、実機仕様のTOP カウン ターを実際に動作させ、そのふるまいを解析によって理解し、粒子識別性能を初めて明らかにした。
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2019-11-05
01:26 |
Performance evaluation of MCP-PMT for Belle II TOP counter (in Japanese)
/ Takuya Yonekura
[BELLE2-MTHESIS-2019-015]
Presented on 01 02 2015 MSc
2015
Nagoya university
/ Nagoya
2017 年から開始されるBelle II 実験では、B 中間子などの稀崩壊を精密に測定することで、標 準模型では説明できない新物理の探索などを行う。そのために私たちは石英輻射体と光検出器で構 成される粒子識別装置TOP(Time Of Propagation) カウンターを開発している。K/π 中間子から のチェレンコフ光の伝播時間の差O(100 ps) を約20 個の光子数で判別するため、一光子検出に対 して高い時間分解能を持つ光検出器が必要である。これまでの研究で必要な性能を持つ光検出器 MCP(Micro Channel Plate)-PMT の開発に成功し、実際の使用に向けた512 本のMCP-PMT の 量産や性能評価を行う段階となった。 世界的にみても、このような大量のMCP-PMT を実験に使用した例はない。そのため、性能評 価を量産に沿って行い、必要な性能を満たさない場合は改善する必要がある。また、実際に使用す る1.5 T 磁場中でのTOP カウンターの粒子識別性能の調整や理解のためのデータが必要である。 よって、私は1.5 T 中でMCP-PMT 全数を測定可能なシステムを構築するとともに、量子効率、 増幅率、時間分解能、収集効率の測定を行った。 量産の結果、ピーク波長での全数の平均量子効率が28.6% となり、要求である28% を満たすこと ができた。1.5 T 中では増幅率が10∼90% 減少するものの、時間分解能の悪化はないと確認した。 収集効率の減少率は5% 程度で、TOP カウンターの粒子識別性能への影響は十分小さいと確認で きた。また、1.5 T 中での各性能の印加電圧依存性の把握によって、各性能の要求を満たしつつ増 幅率の調整が可能になった。MCP-PMT の量子効率は総出力電荷量に従って低下するが、増幅率 を下げ、量子効率の低下の抑制が可能となった。本研究によって、必要な性能を持つMCP-PMT の量産を成功させ、実際の使用に向けた性能評価を完了し、TOP カウンターの性能の調整や理解 を可能にした。 バックグラウンドの理解が進み、量産品の約半数ある短寿命品の量子効率が実験中に低下すると 予想された。そのため、実験中にPMT の交換を行う可能性がある。交換後の量子効率の低下によ る複数回の交換を防ぐため、短寿命品の約9 倍以上の長寿命化を目指し、6 種の長寿命化対策を試 みた。各対策の試作品の寿命を測定し、必要な寿命を持つ対策を明らかにした。
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