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153.	Belle II 実験Aerogel RICH 検出器のための光検出器制御システムの開発 / Masanobu Yonenaga [BELLE2-MTHESIS-2021-033] Presented on 10 01 2017 MSc 2017 Tokyo Metropolitan University / Hachioji 高エネルギー加速器研究機構で行われるBelle II 実験は、前身のBelle 実験に比べ50 倍もの積分 ルミノシティでの大統計を用いて標準模型を超える新物理現象の探索を行う実験である。Belle II 検 出器は7 つの検出器から成り、Aerogel RICH(Ring Imaging CHerenkov、ARICH) 検出器はBelle II 実験において、エンドキャップ部における荷電=K 中間子の識別を担う。ARICH 検出器は輻射 体であるエアロゲルと光検出器HAPD(Hybrid Avalanche Photo Detector) の2 層構造になってお り、荷電粒子が輻射体を通過する際に円錐状に発生するチェレンコフ光を後段のHAPD で2 次元の リングイメージとして観測し、その放射角を再構成することで粒子の識別を行う。本研究では専用の 電源管理システム及びデータ読み出し系の制御システムの開発を行った。 HAPD 1 台の動作には光電子加速用電圧(-8500 V)、APD 逆バイアス電圧( 350 V 4)、ガー ド電極(175 V) の3 種類計6 系統の異なる電圧供給が必要であり、ARICH 検出器に使用する420 台のHAPD に電圧供給を行う専用の電源装置が必要となる。またHAPD から出力される信号を処 理し、チェレンコフ光のヒットパターンを検出するための専用の読み出し回路の開発が行われ、それ らはBelle II 実験データ収集フレームワークであるBelle2Link を用いて制御される。多数のHAPD を使用するため、電源及び読み出し回路も多数の装置から成っておりその管理は極めて複雑であり、 制御ソフトウェアを含むこれらの管理システムの開発はARICH 検出器の安定した運転ひいては物 理データの品質維持における最重要課題となる。本研究で開発した制御システムは2016 年夏から ARICH 検出器建設時に行われた宇宙線を用いた性能試験ですでに使用されており、その実用性を確 認することに成功した。 一方で宇宙線による荷電粒子のリングイメージ検出試験は物理実験に使用するARICH 検出器実 機を用いて初めて荷電粒子の観測を行ったものであり、検出器の特性を実験開始に先立ち理解するた め極めて重要な試験と言える。本研究では収集したデータのデータフォーマットやデッドチャンネル の有無の確認から宇宙線荷電粒子によるリングイメージの検出など検出器の動作検証を行った。 本論文では高圧電源装置の性能評価試験の結果と高圧電源及びデータ読み出し制御システムの開発 について解説し、宇宙線を用いたARICH 検出器の性能評価試験と物理測定開始に向けた展望を述 べる。 Fulltext: PDF; Detailed record - Similar records
154.	Belle II 実験ARICH検出器用モニターシステムの実装 / Kota Noguchi ; Hidekazu Kakuno [BELLE2-MTHESIS-2021-032] Presented on 10 01 2018 MSc 2018 Tokyo Metropolitan University / Hachioji 高エネルギー加速器研究機構では現在Belle II 実験の準備を進めている。Belle II 実験はSu- perKEKB 加速器によって電子・陽電子を加速、衝突させB 中間子対を大量に生成するルミノ シティフロンティア実験であり、1999 年から2010 年まで行われ、小林・益川模型を証明した Belle 実験のアップグレードである。Belle 実験の50 倍の統計量を集め、その崩壊過程から稀 事象を観測することにより、新物理を探索することを目的とする。 Belle II 実験では新たにBelle II 測定器を製作し、B 中間子の崩壊を精密に測定する。Belle II 測定器は各役割を持つ複数の検出器から成る。その中でEndcap 部と呼ばれる領域では、 Aerogel-RICH(Ring Imaging Cherenkov) 検出器が荷電K= の粒子識別の役割を担う。輻射 体(シリカエアロゲル) を荷電粒子が通過した際に発生するCherenkov 光を後段の光検出器 HAPD(Hybrid Avalanche Photo detector) で二次元的にリングイメージとして検出するもの である。HAPD は光子が入射した時、光電面にて光電子を発生させる。それを印加電場で加 速させることでO(103) 程度の増幅を行う。加速された電子はAPD に入射し、Avalanche 増幅 によりO(10) 程度の増幅を行い、合計O(104) の増幅率で電荷が増幅される。さらに読み出し ASIC で増幅、波形整形および波高選別されて最終的にヒット情報として検出される。 ARICH では一台で144ch を持つHAPD を420 台使用するため、チャンネルの合計数は6 万 以上になる。HAPD の動作はARICH の性能に影響するため、全チャンネルの動作確認を行う モニターシステムが必要不可欠である。ARICH モニターシステムではLED からのパルス光を 光ファイバーによってARICH 内部に照射してシリカエアロゲルで反射させ、その光をHAPD が正常に検出することを確認することによって定期的にHAPD の動作確認を行う。Belle II 実 験開始時期には組み上げたシステムの健全性の確認、安定期には故障チャンネル情報及び各 チャンネルの出力変化時のキャリブレーションのために使用する。 本研究ではARICH 検出器のモニターシステムの実装、各構成要素の調整、動作試験を行っ た。モニターシステムによるLED 光はチェレンコフ光に代わる光源となるため、モニターシ ステムの動作試験であると同時にARICH 検出器の動作試験となる。本論文ではモニターシス テムの実装と、試験運用について報告する。 Fulltext: PDF; Detailed record - Similar records
155.	Belle II実験Phase IIランにおけるARICH検出器のアライメントおよびB -> Kpi崩壊の探索 / Sachi Tamechika ; Hidekazu Kakuno [BELLE2-MTHESIS-2021-031] Presented on 10 01 2019 MSc 2019 Tokyo Metropolitan University / Hachioji Belle II 実験は、茨城県つくば市にある高エネルギー加速器研究機構(KEK) で稼働し始めた SuperKEKB 加速器を用いて7GeV に加速した電子と4GeV に加速した陽電子の衝突によりB 中間 子対を大量に生成し、崩壊過程をBelle II 検出器を用いて詳細に調べるルミノシティフロンティア実 験である。B 中間子の崩壊過程に含まれるごく稀な事象を精密に調べることで、標準模型を超える新 しい物理を探索することを目的としている。 先行研究であるBelle 実験ではB 中間子と反B 中間子のCP 対称性の破れを発見し、2008 年の 小林・益川両氏のノーベル物理学賞受賞に貢献した。2010 年6 月にSuperKEKB 加速器への加速器 のアップグレードとBelle II 実験に向けた測定器の研究開発が始まった。SuperKEKB 加速器は衝突 点におけるビームサイズを1 20 に絞り込み、蓄積ビーム電流を2 倍に高めることでビーム衝突性能を KEKB 加速器の40 倍に増やすことを目指す。加速器の改造にともない、測定器もより高いビーム強 度に対応するため一新した。Belle 実験で蓄積されたデータの50 倍のデータを収集・解析することに より、B 中間子やタウレプトンなどの標準模型では説明できない極めて稀な崩壊事象や対称性の破れ を実験的証拠として積み上げ、宇宙初期の極めて高いエネルギーで成り立つ新しい物理法則を探索す る。2018 年4 月から7 月までにBelle II 実験ではコミッショニングの第二段階(Phase II) として初 のビーム衝突によるデータ収集を行った。 Belle II 検出器は複数の検出器から構成される。そのうちの一つであるAerogel Ring Imaging CHerenkov 検出器(ARICH) は、荷電K 中間子と荷電 中間子の粒子識別を担う。ARICH はシリ カエアロゲル輻射体と光検出器Hybrid Avalanche Photo-Detector (HAPD) からなり、荷電粒子がシ リカエアロゲルを通過する際に放射するチェレンコフ光をリングイメージとしてHAPD で観測する。 このチェレンコフ光のリングイメージの半径の違いから粒子質量を求めることで、粒子識別を行う。 ARICH 検出器が期待通りの粒子識別性能を発揮するためにアライメントを行う必要がある。本 研究では、ARICH 検出器の設置位置のずれを測定および補正するため、モンテカルロシミュレーショ ンにおいて飛跡検出器に対するARICH 検出器のずれを模擬し、アライメント手法を開発した。また 実際の衝突のデータを用いて本研究で開発した手法によりARICH 検出器のアライメントを行った。 その結果、約1mm の並進および約0.1 °の回転があることを特定した。さらにアライメントを行うこ とでチェレンコフ角分布の幅が約7% 向上した。これはK= 分離能力の約7% の向上に対応する。 Belle II 実験の物理モードの一つであるB ! K はクォークレベルではb ! s 過程で表され る。この崩壊過程はフレーバーを変える中性カレント過程であり、ループを介してのみ発生する。こ のようなループを介した崩壊過程においては、質量の大きな仮想粒子の寄与が大きく新物理に敏感で ある。 本研究では、Belle II 実験におけるB ! K 事象の再発見を目指して、B+ ! K+ ! K+0 、 B0 ! K0 ! K+􀀀 、B+ ! K+ ! Ks+ の3 つの崩壊モードの解析を行った。モンテカルロ シミュレーションを用いて事象選択条件の最適化、及び事象数の見積もりを行った。その事象選択条件 を用いて、Belle II 実験の初のビーム衝突データの解析を行った。その結果、B0 ! K0 ! K+􀀀 で4 つの信号事象候補、B+ ! K+ ! K+0 で1 つの信号事象候補を観測し、崩壊分岐比をそれ ぞれBF(B0 ! K0 ) = (2:3 2:2 0:3) 10􀀀5、BF(B+ ! K+ ) = (4:1 6:7 2:0) 10􀀀5 と 見積もった。この値は、これまでのB ファクトリー実験による世界平均と矛盾がない値である。 2 Fulltext: PDF; Detailed record - Similar records
156.	Belle II 実験ARICH 検出器の光反射ミラー部における粒子識別性能の評価 / Shiori Kakimoto ; Hidekazu Kakuno [BELLE2-MTHESIS-2021-030] Presented on 10 01 2019 MSc 2019 Tokyo Metropolitan University / Hachioji 茨城県つくば市にある高エネルギー加速器研究機構ではBelle II 実験が今年4 月から行われている。Belle II 実験はSuperKEKB 加速器を用いて電子・陽電子を加速し衝突させ、大量のB 中間子を生成するルミノシティーフロンティア実験である。B 中間子の崩壊過程を精密に測定することにより標準模型からのズレを観測し、新物理の探索を目的としている。前身のBelle 実験ではB 中間子の稀崩壊を測定するにはデータ量が不足していたので、本実験ではルミノシティを約50 倍に増やし統計量・精度を向上させる。Belle II 検出器は各役割に応じた複数の検出器からなる複合型測定器であり、その中でもEndcap 部にあるARICH(Ring Imaging CHerenkov) 検出器は荷電K/π中間子の識別の役割を担う。ARICH 検出器は輻射体であるシリカエアロゲルと光検出器HAPD（Hybrid Avalanche Photo detector）の2 層構造になっている。荷電粒子が輻射体を通過する際に円錐状に発生するチェレンコフ光を光検出器HAPD で2 次元リングイメージとして検出し、そのリングイメージを再構成することにより粒子識別を行う。ARICH 検出器では、ARICH 検出器の外周を覆うようにミラー（ガラス素材の反射板）が取り付けられている。トラックがARICH 検出器の外側の端に入射した際、円錐状に放出されたチェレンコフ光の一部がARICH 検出器の外側に抜けてしまうためにリングイメージ全体をとらえることができなくなってしまう。そこでミラーを設置することによりARICH の端にきた光子を反射させ、リングイメージの全体をつかむことができる。本研究ではミラーがある場合とない場合を比較してどの程度識別効率に差がでるのかを検証し、さらにミラー設置精度（R 方向に5mm 移動させた場合）についての識別効率の関係についても確認した。ミラーが正しい位置にある場合と比べK 中間子の識別効率はどちらとも誤差の範囲内だったが、π中間子の識別効率についてミラーがない場合は約6 ％、設置精度が悪い場合は約4 ％ほど低下した。そのためミラーはARICH検出器に必要であり、またミラー位置のずれの測定と補正を行う必要があることがわかった。さらに本研究ではミラーが本来の位置からずれた際にチェレンコフ角分布にどのような変化があるのかシミュレーションを行うことにより確認した。シミュレーションの結果をもとに4 月から7 月に行われた試運転（phase2）でのデータを解析した結果、ミラーの位置が本来の位置からずれていることがわかった。さらにその位置のずれを考慮してリングイメージを再構成したところ、光速c と荷電粒子の速度v の比(c/v) として計算したチェレンコフ角ピークが0.998 から0.999 となり予想値の１に近づき、さらにチェレンコフ角ピークの角度分解能についても4 ％減少し改善された。 Fulltext: PDF; Detailed record - Similar records
157.	Belle II実験ARICH検出器アップグレードに向けた光検出器MPPCの研究 / Kentaro Kuze [BELLE2-MTHESIS-2021-029] Presented on 10 01 2020 MSc 2020 Tokyo Metropolitan University / Hachioji Belle II 実験は、SuperKEKB 加速器を用いて7GeV の電子ビームと4GeV の陽電子ビームを衝突させ、大量に生成されるB 中間子の崩壊過程をBelle II 測定器で精密に測定することで、標準模型を超える新物理を見つけることを目的とした実験である。Belle II 測定器に組み込まれているARICH 検出器は、輻射体シリカエアロゲルと光検出器HAPD (Hybrid Avalanche Photo-Detector) で構成されたリングイメージ型チェレンコフ検出器で、Belle II 測定器エンドキャップ部においてK/ 中間子の粒子識別を行っている。HAPD は高電圧(8kV) を印加した真空管内にピクセル化されたAPD(Avalanche Photo Diode) が内蔵された構造をしており、O(104) の増倍率を持つ。しかしHAPDは既に生産が終了したため、現在ARICH で使用しているHAPD が想定を上回る放射線損傷を起こした場合、予備が十分でなくなる可能性がある。また高電圧を印加する必要があるため、放電の危険性もある。現在、今後のARICHアップグレードに向けて新たに光検出器の候補選定しており、浜松ホトニクス(株) 製の光検出器MPPC(Multi-Pixel Photon Counter) を候補の一つとして考えている。MPPCはガイガーモードで動作するAPDを並列に多数内蔵し、各APDは入射光子数に依らず印加電圧に応じた一定の出力信号を出す。そのため、多数のAPD が並列に内蔵されたMPPC では入射した光子数を計測できる。現在ARICH に最適なMPPCを選別するためにいくつかの種類のMPPCの評価を行っており、高ダークカウントレート、低放射線耐性などの課題解決に向けて開発を進めている。本研究では、リーク電流の印加電圧依存性、ダークカウントレート、信号波高の印加電圧依存性、信号波形、波高分布の5 項目について測定環境の構築を行った。特にリーク電流の印加電圧依存性、ダークカウントレートに関しては測定の自動化に取り組んだ。また、各測定結果からMPPC サンプル間で大きく特性が変わることを確認した。 Fulltext: PDF; Detailed record - Similar records
158.	Belle II 実験ARICH 検出器のための異常検知システムの開発 / Masaki Kobayashi [BELLE2-MTHESIS-2021-028] Presented on 13 02 2020 MSc 2020 Tokyo Metropolitan University / Hachioji Belle II 実験は茨城県つくば市の高エネルギー加速器研究機構(KEK) で行われており,SuperKEKB 加速器で加速した電子-陽電子を衝突させることでB 中間子を大量に生成し,その崩壊過程に含まれる稀な事象を測定することで新物理の探索を行う. [...] Fulltext: PDF; Detailed record - Similar records
159.	Improved measurement of CP asymmetry in function of time, of B0->pi+pi- K0S gamma decay in Belle II with a new pixelated vertex detector / Lévana GESSON ; Christian FINCK [BELLE2-MTHESIS-2021-027] Presented on 15 06 2021 MSc 2021 IPHC / Strasbourg An improvement of the vertex detector of the Belle II detector is planned for 2026. [...] Fulltext: PDF; Detailed record - Similar records
160.	Belle II 実験のための光検出器HAPDを用いた ARICH検出器の性能評価 / Hayato Kitamura [BELLE2-MTHESIS-2021-026] Presented on 12 03 2020 MSc 2020 Toho Univ. / Funabashi Belle II 実験は標準理論を越えた新物理探索を目的とする素粒子物理学実験である。高エネルギー加速器研究機構KEK のSuperKEKB 加速器を用いて電子・陽電子対をそれぞれ7GeV/c と4GeV/c まで加速し、衝突によりB・反B中間子対を大量に生成する。それらが崩壊して出てくる素粒子をBelle II 検出器によって精密測定し、B 中間子の崩壊過程や崩壊時間を測定する。崩壊過程の測定では崩壊後の粒子識別が非常に重要であり、特に荷電K 中間子と荷電 中間子は様々な物理解析において精度の高い識別が要求されており、実験の精度に大きく影響する。ARICH検出器はBelle II 検出器エンドキャップ部においてK= 識別を担うリングイメージ型のチェレンコフ検出器である。ARICH 検出器は輻射体シリカエアロゲルと光検出器HAPD の2 層から構成されている。荷電粒子が輻射体を通過した際に粒子の種類ご とに定まった角度で放射されるチェレンコフ光を光検出器により精密に測定し、その位置情報からチェレンコフ光放射角度を算出し、粒子の種類を同定する。したがって、ARICH 検出器の粒子識別ではチェレンコフ角度分解能が識別性能を示す一つの指標となる。Belle II 実験からの要求は運動量0.5～3.5GeV/c において4sigma の精度でK pi 識別をすることであり、これから要求される角度分解能は7.5mrad 以上である。本研究では 2018 年度における検出器の調整などを目的として行われたPhase2 運転、および2019年度から開始された物理解析用データ取得を目的としたPhase3 運転で得られたビーム衝突データを用いて、チェレンコフ角度分解能の評価を行った。Bhabha イベント(e+e- -> e+e-) およびmu対生成イベント(e+e- -> mu+mu-) によるチェレンコフ角度分布を作成し、分布からチェレンコフ角度分解能を算出する。Phase2 では検出器の温度上昇のために部分的にしか稼働していなかったが、Phase3 以降は全領域で稼働している。そのため、本研究がBelle II 実験本番のセットアップで行われたARICH 検出器のはじめての性能評価である。Phase3 運転時現在のARICH 検出器のチェレンコフ角度分解能は、Bhabha イベントにおいて4.7 +- 0.1mrad、mu対生成イベントにおいて4.6+-0.1mrad であり、要求性能を満たしていることが確認された。一方でPhase2 では検出光子数がシミュレーションと比較して27.7+-2.7%少なかった。その要因に対して、量子効率の光検出器HAPD 光電面に対する光子入射角度依存性と各チャネルの1 光子検出効率の2 つの観点から評価を行った。評価結果からPhase2 における検出光子数の減少は後者が要因であり、Phase2 における1 光子検出効率は76.5+-4.6%であった。Phase3 では閾値電圧の設定変更などにより最適化され、Phase2 よりも検出光子数が増えた。Phase3 運転時現在における1 光子検出効率について再び評価を行い、検出効率91.6+-4.7%を得た。 Fulltext: PDF; Detailed record - Similar records
161.	Belle II 実験ARICH 検出器アップグレードのための 信号読み出し集積回路の開発 / Masato Tsurufuji ; Hidekazu Kakuno [BELLE2-MTHESIS-2021-025] Presented on 26 01 2021 MSc 2021 Tokyo Metropolitan University / Hachioji 現在の素粒子物理学において，標準模型はニュートリノの振動現象を除いてこれまでに観測され たあらゆる素粒子実験の結果を矛盾なく説明する強力な理論である。しかしながら標準模型には重 力が含まれておらず、また階層性の問題や、暗黒物質の候補となる粒子が存在しない、などといっ た不十分な側面がある。 Belle II 実験は、茨城県つくば市の高エネルギー加速器研究機構（KEK）で行われている、標準 模型を超える新物理を探索することを目的としたB ファクトリー実験である。KEK 構内に設置さ れている電子・陽電子衝突型加速器SuperKEKB により、電子7 GeV と陽電子4 GeV を衝突さ せることでB 中間子対を大量に生成し、その崩壊過程に含まれるごく稀な事象を観測することで 新しい物理現象を見つけようとしている。 同実験における測定器であるBelle II 測定器は、電子・陽電子ビームの衝突点に設置され、役割 によって最適な動作原理を持った7 つの装置を組合わせた複合型検出器である。Belle II 測定器で 測定するのは崩壊により生成された安定粒子であり、主に電子、μ 粒子、π 粒子、K 粒子、陽子と いった荷電粒子を識別できる。 Belle II 測定器に搭載されている検出器の一つであるAerogel Ring Imaging Cherenkov counter （ARICH）は、Belle II 測定器の前方エンドキャップ部において、主に荷電π/K 中間子の粒子識 別という役割を担っている。ARICH は輻射体シリカエアロゲルと光検出器Hybrid Avalanche Photo Detector (HAPD) の2 層構造で、荷電粒子がシリカエアロゲル内を通過する際に円錐状に 発生するチェレンコフ光を、HAPD で2 次元のリングイメージとして観測し、その測定したリン グの半径から放射角を導出することで荷電π/K 中間子の識別が可能となる。現在、このARICH はアップグレードが計画されており、HAPD に代わる新たな光検出器としてMPPC（Multi-Pixel Photon Counter）の使用が検討されている。それに伴い、光検出器からの信号を読み出す回路に ついても新たなシステムの開発が必要となった。 本研究では、新たにARICH のためのMPPC 用信号読み出しASIC のプロトタイプである TF01A64 を開発した。TF01A64 はMPPC64 チャンネルの信号読み出しが可能で、基本回路構成 として増幅器-波形整形器-増幅器-オフセット調整回路-比較器を持つ。開発においてはT-Spice と 呼ばれる回路シミュレーターを用いて、回路特性や回路雑音の評価、高レート下における応答能力 の見積もりなどを行った。また、本研究ではこのTF01A64 チップの性能評価のためのテストボー ドを作成し、TF01A64 回路の機能として搭載されているテストパルスを用いた動作確認を行った。 この確認により、各種パラメーターの設定、増幅率調整やオフセット調整などについての正常な動 作を確かめることができた。 Fulltext: PDF; Detailed record - Similar records
162.	Belle II ARICH 検出器のアップグレードに向けた光検出器MPPC の研究 (Studies on MPPC photosensor for the upgrade of the Belle II ARICH detector) / Kosuke Furui [BELLE2-MTHESIS-2021-024] Presented on 20 01 2021 MSc 2021 University of Tokyo / Tokyo 高エネルギー加速器研究機構(KEK) で行われているBelle II 実験は、SuperKEKB 加速器によって加速された7[GeV] の電子ビームと4[GeV] の陽電子ビームとを衝突させ、大量に生成されるB 中間子の崩壊過程を崩壊点を囲むように設置されたBelle II 測定器によって精密に測定を行うことによって標準模型を超えるような新物理の探索を目的とした実験である。Belle II 測定器は7 つの検出器から構成されており、中でもARICH(Aerogel Ring Imaging Cherenkov) 検出器はフォワードエンドキャップ部に位置し荷電K/π中間子の識別を担う。ARICH 検出器は前段に設置されたエアロゲル輻射体と後段に設置された光検出器HAPD(Hybrid Avalanche Photo-Detector) から構成され、エアロゲル輻射体に入射した荷電粒子から放射されたチェレンコフ光を光検出器によって二次元リングイメージとしてとらえ、このリングイメージの半径差から粒子識別を行う。ARICH 検出器における光検出器としてHAPD は現在十分な性能を発揮しているが、HAPD は既に生産が終了しており今後ルミノシティの向上に伴うビームバックグラウンドの増加により想定外の故障を起こす可能性がある。そこで現在、ARICH 検出器アップグレードに向けて新しい光検出器の選定を行っており、その候補の一つとして考えているのが近年、放射線耐性の向上が期待されている浜松ホトニクス(株) 製の光検出器MPPC(Multi-Pixel Photon Counter) である。ARICH 検出器における光検出器としてMPPC を使用する上での利点としては、高い光子検出効率や取り扱いの容易さが挙げられる。対して、問題点として高いダークカウントレート及び低放射線耐性が考えられる。そこで、本研究ではMPPC を想定したシミュレーションにより高いダークカウントレート、高PDE 下でのARICH 検出器にける識別性能の評価を行った。また、MPPC サンプルに対して中性子照射試験を実施し前世代、最新世代サンプルにおける放射線耐性を評価した。そして、これらの結果からBelle II 実験10 年間でのMPPC の使用実現可能性の見積もりを行った。 Fulltext: PDF; Detailed record - Similar records

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