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Masters Theses

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170.	Development of particle identification based on the photon hit pattern recognition by machine learning technique at Belle II TOP detector (in Japanese) / Shunki Hara [BELLE2-MTHESIS-2021-013] Presented on 15 02 2021 MSc 2021 Nagoya university / Nagoya Belle II実験は電子・陽電子衝突から生み出される、高統計量のB中間子や粒子などの崩壊の精密測定によって、標準理論の精密検証や新物理探索を目指している。それらの解析に重要な荷電=K識別を担うのがTime-Of-Propagation (TOP)カウンターである。TOPカウンターは荷電粒子が石英輻射体に入射した際に、質量に応じてチェレンコフ光が異なるリングイメージをもつことを利用して識別を行う。現行の粒子識別手法では飛跡情報を用いて粒子の種類を仮定した確率密度関数を計算し、それに光検出器で検出した光子情報を当てはめて尤度を導く。しかし、解析計算において、複雑なリングイメージに対してすべての効果を反映させるには限界がある。さらに、シミュレーションにおいて理想的な確率密度分布を用いた場合に比べ、一部の領域で識別性能が低いことが先行研究で示されている。そこで、本研究では機械学習を用いた新たな粒子識別手法を開発した。機械学習としてニューラルネットワークを用いることで、飛跡と光子の8つのパラメータの非線形関係を考慮した学習を行い、解析計算での表現が難しい影響も含めたモデル構築が可能である。さらに、学習済みモデルを用いてオフライン識別を行うことができる。本研究では、シミュレーションデータを用いて新手法の全体構成の決定と識別性能評価を行った。まず、学習に用いる粒子の入射位置および運動量の範囲(学習領域)に対する依存性を調べた。その結果、学習時のメモリサイズが制限される状況で十分な識別性能を得るためには学習領域の制限が必要であることを示し、104個のネットワークを用いた構成を決定した。さらに、これが実用上のメモリ使用量と計算速度の観点から、オフライン識別可能であることを示した。また、この構成を用いて評価を行い、粒子取得効率90%におけるK粒子誤識別率を最大で22%から14%に削減した。同時に、入射領域を固定した2:75 GeV=cおよび1:25 GeV=cの粒子を用いた評価においては、理想的な確率密度を用いた手法に迫る識別性能を示した(図1)。更に、2020年に取得された衝突データを用いて識別性能の評価を行った。その結果、新手法の識別性能は現行の手法に及ばなかったが、その要因として対象飛跡由来以外の光子の影響があることを明らかにし、対応案を示した。本研究により機械学習を用いた新手法で識別性能向上ができる可能性を示し、実用上重要になる点を明らかにして実用化への土台を作ることができた。 Detailed record - Similar records
171.	Development of high time precision photon detector for large-scale and high-performance future particle experiments (in Japanese) / Ryogo Okubo [BELLE2-MTHESIS-2021-012] Presented on 15 02 2021 MSc 2021 Nagoya university / Nagoya 高時間分解能光検出器は素粒子実験の新たな検出器技術の実現に重要な役割を果たす。例えば、光検出器最高の= 30 psの時間分解能を持つMicro-Channel-Plate PMT(MCP-PMT)は、BelleII実験で粒子識別を行う新型チェレンコフ検出器Time-Of-Propagation Counterなどで活用される。しかし、MCP-PMTには量子効率が積算出力電荷に依存して低下する問題がある。これを解決することで現行実験より高いバックグラウンド環境でもMCP-PMTを活用できるようになると期待される。また、MCP-PMTが高価であることも課題である。Gaseous Photomultiplier(GasPM)は、単純な構造で製造コストを抑えながら高時間分解能を達成することを目指して発明された新型光検出器である。GasPMは現在開発初期段階だが、将来的には大面積かつ高時間分解能の光子検出など、コスト面でMCP-PMTを使用できない用途での活用を拡大すると期待される。そこで、本研究では、MCP-PMTの光電面寿命の改善と新型光検出器GasPMの開発を並行して行う。MCP-PMTの光電面寿命は、MCP表面へ原子層堆積(ALD)を施してMCP表面に残留するガスの影響を抑制することで改善可能である。しかし、先行研究によるとMCP-PMTの一部の製造バッチで10 C=cm2以下の短い寿命を示し、その原因としてALD膜が薄かったことが疑われた。そこで、ALD膜を厚くしたMCP-PMTの寿命評価を行った結果、寿命は図1のように平均10 C=cm2以上に改善されることを示した。さらにALD膜を厚くすることで寿命改善が期待されるが、厚いALD膜は増幅率飽和特性が変わる可能性があるため、LED光による高バックグラウンド下での増幅率を実際に評価し、増幅率飽和は実用上問題ないことを示した。並行して、GasPM実用化に必要な高時間分解能の実証、実用的光電面開発、収集効率評価などの開発項目の内、本研究では高時間分解能の実証を目的に初の試作機を用いた時間分解能評価を行った。その結果、ストリーマ放電の影響によって増倍率が高い領域で時間分解能が低下するが、増幅率の低い領域で図2のように≃46:1 ps(レーザーのパルス幅≃17ps、読み出し回路の時間分解能≃35 psを含む)の高い時間分解能を持つことを示した。このことで、評価方法の改善や今後の開発によって、GasPMがMCP-PMTに匹敵する高い時間分解能を持つ可能性を示した。本研究によりALD膜厚を厚くすることによるMCP-PMTの光電面寿命改善の可能性を示した。また、高時間分解能光検出器の低コスト化を実現する新型光検出器GasPMの実用化の第一段階として、高時間分解能が実現可能であることを示した。 Detailed record - Similar records
172.	Reconstruction of B0 → J/Psi K0 decays at Belle II experiment in 2019 spring data and estimation of vertex resolution (written in Japanese): （日本語原題）Belle II 実験の2019年春期データにおけるB0 → J/Psi K0崩壊の事象再構成と崩壊点位置分解能の評価 / Miho Fujii ; Kenkichi Miyabayashi [BELLE2-MTHESIS-2021-011] Presented on 07 02 2020 MSc 2020 Nara Women's University / Nara 中性BメソンがJ/ψメソンとK0メソンへ二体崩壊する過程について、モンテカルロシミュレーションにより当該事象を22%の効率で再構成できること、Bメソンの崩壊点を33ミクロンの位置分解能で再構成できることを示した。さらにBelle II実験が収集した2.6/fbのデータから49±7事象の信号を見出し、期待値と無矛盾であることを示した。 Fulltext:* PDF; Detailed record - Similar records
173.	Long term operation method of Belle II TOP detector from the viewpoint of the evaluation of photon detection performance (in Japanese) / Kazuki Kojima [BELLE2-MTHESIS-2021-010] Presented on 10 02 2020 MSc 2020 Nagoya university / Nagoya Belle II実験は2018年にデータ取得を開始した重心系エネルギー10:58 GeVの電子陽電子衝突型Bファクトリー実験であり，2027年までに50 ab-1のデータを取得する予定である．この世界最高統計のデータを用い，標準理論の精密測定と新物理の探索を目指している．測定精度の向上には，B中間子の崩壊で生じるK/中間子を高い識別効率で同定することが重要である．そこで，Belle II実験では新型の粒子識別装置Time-Of-Propagation（TOP）カウンターを導入した．TOPカウンターは石英輻射体とその端面に取り付けた光検出器から成るリングイメージ型チェレンコフ検出器である．1つの荷電粒子あたりに検出されるチェレンコフ光子は20{40個程度であり，検出光子数が識別性能に影響する．その光検出器には512台のMicrochannel Plate Photomultiplier Tube（MCP-PMT）が用いられている．MCP-PMTはBelle II実験の1:5 T磁場中でも動作し，高い時間分解能をもつ一方で，光電面寿命が一般的な光電子増倍管に比べて短く量子効率が積算出力電荷に依存して低下することが報告されている．特にBelle II実験は高頻度衝突や大電流ビームによって発生する物理過程や加速器に由来した高いバックグラウンド環境にあり，データ取得期間を通して高い信号弁別効率を保ちつつ十分な量子効率を維持するためには増幅率を適切に設定して出力電荷量を調整する必要がある．私は，TOPカウンターが微弱なチェレンコフ光から来る一光子を検出することに着目して，信号波高を変換することで増幅率を計算し，最新のランにおいて系統誤差1.5%の増幅率測定を実現した．これを用いて，衝突データから物理運転中の増幅率を測定するモニターを作成することで，連続した増幅率測定を可能にした．また，最新の運転期間において実際にモニターを使って物理運転中の増幅率と信号弁別効率を測定し，期間の開始時点からの変動を評価した．その結果，物理運転中において信号弁別効率は平均2%の変動であったが，増幅率は10%を超える変動が全MCP-PMTの33%で観測された．これにより，運転期間において印加電圧の再設定による実機調整の必要があることを明らかにした．さらに，物理運転中のヒットレート測定，検出光子数の測定と組み合わせることで，衝突データに基づく光子検出効率の変動の測定を実現した．本研究により，実験終了時まで量子効率および信号弁別効率を維持してMCP-PMTの運用を行い，TOPカウンターの光子検出能力を測定して長期的に運用する手法を確立した． Detailed record - Similar records
174.	Development and performance study of particle identification using machine learning technique at the Belle II experiment (in Japanese) / Jo Yamanouchi [BELLE2-MTHESIS-2021-009] Presented on 10 02 2020 MSc 2020 Nagoya university / Nagoya SuperKEKB/Belle II実験では7 GeVと4 GeVに加速された電子・陽電子を衝突させることで高統計量のB中間子対等を生成し、終状態粒子の情報をもとに崩壊の様子を精密に測定することで標準理論の精密測定や新物理探索を行う。本実験では荷電粒子の識別を行う際に、チェレンコフ角やエネルギー損失などの測定が可能な6つの検出器の情報を用いる。現在各検出器から得られる尤度の積を指標として粒子識別を行なっている。しかしまだ期待通りの識別性能が出ておらず、例えば尤度計算の際に必要な検出器の応答モデルに問題がある可能性が存在する。そこで本研究ではそうした問題等によって現れる各検出器の尤度の相関を考慮することが可能な機械学習手法を導入することで、検出器の応答をより理解するとともに、粒子識別性能の向上を目指した。本研究では機械学習の入力変数に各検出器の対数尤度と運動量・位置情報を使用し、また様々なパラメータの最適化を行うことで正確に識別することが重要な/K粒子に着目した新たな粒子識別アルゴリズムの開発とシミュレーションデータによる性能評価を行った。その結果、特に0.5 GeV以下の低運動量領域や2.5 GeV以上の高運動量領域で性能を大きく向上させることに成功した。また機械学習による粒子識別性能の向上の理由を追求し、低運動量領域では粒子の崩壊によってミストラッキングされるなどの特殊な事象が原因で粒子識別性能が悪化してしまう情報を機械学習が補正することで性能を向上できることを示した。高運動量領域においてはTimeOf Propagationカウンター(TOP)の尤度を小さくする補正をかけることで識別性能を向上させていることがわかり、TOPの粒子識別モデルの不完全性を示唆していることをつきとめた。そこでTOPの粒子識別モデルについて調査を行ない、/K識別においてKの誤識別率を半分程度にまで向上できる余地があることを示した。次に本アルゴリズムが実際のデータに対しても性能を発揮するかを確認するため、2019年に取得された実験初期衝突データによる粒子識別性能の評価を行った。その結果、図1に示されるような特に2.5 GeV以上の高運動量領域で機械学習によりの識別効率90%時のKの誤識別率を30%から23%へと大きく削減することに成功し、本アルゴリズムが有用であることを示した。また現時点でデータの較正が完了していないことから、較正完了後さらなる性能向上が見込まれる。本研究は本実験全体の粒子識別アルゴリズムに機械学習を活用した初めての研究であり、本研究の結果から本実験における/K粒子識別性能のさらなる向上が可能であることを示した。今後陽子など他の荷電粒子に対しても同じように機械学習を活用することで、他の荷電粒子に対する粒子識別性能の向上が可能であると考えられる。 Detailed record - Similar records
175.	Radiation dose measurement in Belle II electromagnetic calorimeter during Super KEKB accelerator phase-2 operation (In Japanese): （日本語原題）SuperKEKB加速器第二期試験運転におけるBelle II実験電磁カロリメータでの放射線量測定 / Mika Kano ; Kenkichi Miyabayashi [BELLE2-MTHESIS-2021-008] Presented on 14 02 2019 MSc 2019 Nara Women's University / Nara Belle II実験の電磁カロリメーターが使用しているPINフォトダイオードの電流値を測定するシステムを構築・運用し、SuperKEKB加速器第二期運転期間中の放射線量は0.4Gyであったことがわかった。また、LYSOカウンターを高速サンプリング読み出しすると数十μsの時間スケールで放射線量の増減を測定できることを示した。 Fulltext: PDF; Detailed record - Similar records
176.	Study of the τ lepton decays at the Belle II experiment / Zuzana Gruberova ; Zdenek Dolezal ; Petar Rados ; Ami Rostomyan [BELLE2-MTHESIS-2021-007] Presented on 22 06 2021 MSc 2021 Charles University / Prague This master thesis describes the measurement of the π0 reconstruction efficiency correction using τ-pair events from the Belle II experiment. [...] Additional material to the thesis BELLE2-MTHESIS-2021-007: PDF; Fulltext: PDF; Detailed record - Similar records
177.	Track-finding efficiency at Belle II / Reshma Menon R ; Dr. Seema Bahinipati [BELLE2-MTHESIS-2021-006] Presented on 15 05 2021 MSc 2021 INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY BHUBANESWAR / ODISHA,INDIA Track finding efficiency is a vital input to various sources of systematic uncertainties in analyses involving charged particles.Method to calculate tracking efficiency for hadrons is different than that for muons due their decays and interactions with the material of the detector.Therefore, here we describe a method of estimating the relative tracking efficiency of slow pions in data compared to simulation by focusing on B0→ D∗− π+ decay where the D∗− further decays to D̄0 π− .Owing to its limited phase space,the pion from D∗ decay is traditionally referred as slow-pion due to a small mass difference between the D∗ and D̄0. [...] Fulltext: PDF; Detailed record - Similar records
178.	Shower shape conversion between electrons and photons in Belle II using Cycle Generative Adversarial Network / Cedric Ly ; Dr. Torben Ferber [BELLE2-MTHESIS-2021-005] Presented on 18 03 2021 MSc 2021 DESY / Hamburg Simulation is essential to high-energy physics. [...] Fulltext: PDF; Detailed record - Similar records
179.	*SM Compatibility of B to K)pi Measurements and Ongoing Analysis on B+ to K(892)+ pi0 in Belle II* / Oskar Tittel ; Christian Kiesling [BELLE2-MTHESIS-2021-004] Presented on 15 03 2021 MSc 2021 Max-Planck-Institut für Physik / Munich In 2001, the BaBar and Belle experiments have convincingly confirmed the CP violation within the B meson system as predicted by the Standard Model (SM). [...] Fulltext: PDF; Detailed record - Similar records

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