Performance study on Belle II TOP counter (in Japanese)

Sumitted to PubDB: 2019-11-05

Category: Master Thesis, Visibility: Public

Tags: -

Authors Noritsugu Tsuzuki
Date Jan. 1, 2018
Belle II Number BELLE2-MTHESIS-2019-012
Abstract Belle II 実験は2018 年に電子・陽電子衝突を開始する。同実験は2024 年までにB 中間子対を約50 億ペア生成し、稀崩壊事象の精密測定から新物理を探索する。崩壊過程を正しく再構成するには終状 態での粒子の種類を識別する必要がある。我々は新型の粒子識別装置TOP カウンターを導入し、特 に荷電K/ 中間子に対して、前身のBelle 実験よりも高い識別効率を目指す。 TOP カウンターは石英輻射体とその1 つの端面に取り付けた光検出器(PMT)、及び信号読み出し 回路から構成される。荷電粒子は石英輻射体を通過する際、チェレンコフ光を放出する。そのうち約 20 光子は石英内部を伝搬後にPMT で検出できるので、読み出し回路でその検出位置と時間を記録す る。荷電粒子の質量によって光子の検出パターンが異なることを用いて粒子識別を行う。 2016 年5 月にTOP カウンターのBelle II 検出器へのインストールが完了したので、次は期待して いる識別能力を発揮できると実証したい。具体的には、光子検出に約50 ps の時間分解能を持ち、光 子が検出面まで正しく伝搬することを確かめる。私はレーザー光試験、宇宙線試験を行い、これらを 検証した。 まずはパルスレーザーの光子で時間分解能を調べた。その結果は約100 ps と不十分であったので、 読み出し回路での信号波形をシミュレーションで再現し、原因を考察した。それにより波形解析に関 数フィットを用いれば80 ps まで改善すること、波形サンプリング時の電荷増幅率が非一様になってい たことが時間分解能を悪化させることを突き止めた。 次に、石英とPMT、及び石英同士の接着について調べた。前者は磁場試験の際にいくつか剥がれが 発見されたため、後者はインストール作業などで剥がれが起きていないと確かめるため、検証が必要 である。光子が剥がれ箇所を通過すると、約4 割が反射してしまう。レーザー光での光子検出率を磁場 試験の前後で比較した結果、512 個中24 個のPMT に接着剥がれの兆候を見た。また、チェレンコフ 光子の伝搬経路を計算することで、石英間の接着剥がれの割合を20%程の誤差で測定できる手法を開 発した。これを宇宙線データに適用した結果、有意な石英接着の剥がれは検出されなかった。よって、 少なくとも90%の光子は正常に伝搬しており、期待するTOP カウンターの識別性能のうち95%以上 は発揮できると保証した。
Conference Nagoya

Files