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11. Installation of Belle II TOP counter and study on the mechanical characteristics under the magnetic field (in Japanese) / Raita Omori [BELLE2-MTHESIS-2019-011] Presented on 08 02 2018 MSc
2018
Nagoya university / Nagoya
Belle II 実験は電子・陽電子を衝突させてB 中間子対を生成し、その終状態の精密測 定から新物理の観測・解析を行う。Belle II 実験では前身のBelle 実験の50 倍となる50 ab􀀀1 のデータを収集する。B 中間子の精密測定にはその崩壊過程に含まれるK 中間子と 中間子の識別が重要となる。我々は新型粒子識別装置TOP (Time Of Propargation) カウンターを開発・導入し、運動量3 GeV/c 以上のK= 中間子に対して95 %以上の識 別効率と、5 %以下の誤識別率を目指す。 TOP カウンターは粒子ごとのチェレンコフ光の放出角の違いによる、光子検出時間差 を利用した粒子識別装置である。その構造は、TOP カウンターの大部分を占めるチェレ ンコフ光を伝搬する石英輻射体と、その片側の端面に取り付けられる角形光検出器MCP (Micro Channel Plate) -PMT からなる。MCP-PMT は4 個を1 組のPMT モジュールと して組み上げてTOP カウンターに導入される。K= 中間子の光子検出時間差はO (100 ps) であり、光子検出時間のわずかなズレが識別効率に大きな影響を与える。TOP カウ ンターの性能は石英輻射体での光子伝搬時間と、光検出器の光子検出数によって決まる。 私はこの2 点に対して機械的側面から研究を行い、TOP カウンターに要求される性能の 実現にむけて成果を上げた。 光子伝搬時間に影響を与える機械的要因として、TOP カウンターの歪みがあげられ る。TOP カウンターが歪むと内部の石英輻射体が歪んでしまい、チェレンコフ光の伝搬 光路に変化が生じるため光子検出時間や検出するチャンネルに狂いが生じ、正確な粒子 識別ができなくなる。これを防ぐために我々はTOP カウンターの製造時からBelle II 検 出器へのインストール後まで、TOP カウンターが歪まないように細心の注意を払った。 TOP カウンターの変形を防ぐために、支持構造体をTOP カウンターに取り付け、さら にベッセル点という物体の歪みが最小になる2 点で支持しながらインストールできるよ うに、専用の治具を設計、製作した。特に私はTOP カウンターのBelle II 検出器への インストール開始から終了までの歪みの変化をストレインゲージとダイアルゲージを用 いてリアルタイムでの測定を行い、光子検出に影響を与えるような歪みがないことを確 認した。インストール後のTOP カウンターは両端でBelle II 検出器に固定されるほか、 両脇で両隣のTOP カウンターと連結され、自重での変形を防ぐ。 Belle II 検出器へのインストール後に磁場中でのTOP カウンターの動作試験を行っ たところ、TOP カウンター内部でMCP-PMT が磁場の影響を受けて回転してしまい、 光子検出が数%低下している領域があることが確認された。これを防ぐためにPMT モ ジュールの補修が予定されたが、MCP-PMT の個数や補修が可能な期間の短さから迅速 かつ確実な手段が求められた。私はダミーのMCP-PMT を用いたPMT モジュールを作 成し、MCP-PMT をPMT モジュールの中でより強固に固定する手段を模索した。それ らのPMT モジュールに対して長期に負荷をかける試験やBelle II 実験の時と同様の磁 場をかける試験を行い、MCP-PMT の磁場中での回転を防ぐ手法を確立した。 本研究により、TOP カウンターの粒子識別の識別効率を下げる機械的要因を実験開 始前に取り除くことができた。この成果はTOP カウンターが目指す識別効率を実現す ることにつながる。
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12. Alignment and timing calibration of Belle II TOP counter (in Japanese) / Satoshi Senga [BELLE2-MTHESIS-2019-010] Presented on 14 02 2019 MSc
2019
Nagoya university / Nagoya
Belle II 実験は電子・陽電子を衝突させ、B 中間子や 粒子などの崩壊を精密に測定することで、 標準理論では説明できない新物理の発見を目指している。これらの事象を精密に再構成するために は、終状態に多く含まれる=K 中間子の正確な識別が必要である。私たちは粒子識別装置として Time-Of-Propagation (TOP) カウンターを開発し、Belle II 検出器のバレル部分に全16 モジュー ルインストールした。TOP カウンターは、石英輻射体とその片側端面に設置したPMT からなる リングイメージ型チェレンコフ検出器である。荷電粒子が石英を通過するとチェレンコフ光が放出 され、PMT によって光子の検出位置・時間情報が測定される。 粒子識別は、荷電粒子の運動量と入射位置を使って予想検出位置・時間分布を計算し、粒子の 種類を仮定したときの尤度を比較することで行う。したがって、識別能力はTOP カウンターの設 置位置と時間原点に依存し、位置・時間較正が必要となる。較正目標精度は、積分ルミノシティ 50 ab􀀀1 に相当する統計量のB ! とB ! K の2 モードを使い、理想的な位置・時間のとき に対して=K の識別個数が有意に変化しない範囲とし、位置2-5 mm、角度1-3 mrad、時間10 ps 以内を目指すこととした。 TOP カウンターの位置・時間較正として、まずモジュール間の時間を合わせるために、宇宙線事 象を利用した。チェレンコフ光子の検出情報から宇宙線がモジュールに当たった時間を推定し、2 モジュール間の時間差が飛行時間と等しくなるように較正した。シミュレーションでこの手法が次 の較正に必要な精度で較正できることを確認した。実際のデータに適用したところ、最大で1.5 ns のずれを較正することに成功し、またレーザーによる結果と一致することが確認できた(図1)。 次に、e+e􀀀 ! +􀀀 事象を用い、 粒子仮定の尤度が最大になるように、位置・時間を較正す る手法を確立した。まず理想的な位置・時間の下でこの手法をシミュレーションで試験したとこ ろ、最大で位置2 mm、角度1 mrad、時間1 ps のバイアスを持っていたが、いずれも目標精度内 であることが確認できた。また、位置・時間をずらした状態でも同様の試験を行ったところ、一定 のバイアスを保ったまま正しい値を得られ、この手法が正しく動作することが確認できた。また、 本手法を実データに手法に用いることで、データ取得中に時間が変動しているという問題を新たに 明確にした(図2)。
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13. Evaluation of PID performance and mass resolution of Belle II detector for hadron spectroscopy (in Japanese) / Hikaru Hirata [BELLE2-MTHESIS-2019-009] Presented on 14 02 2019 MSc
2019
Nagoya university / Nagoya
近年、重いクォークを含むバリオンやエキゾチックハドロンの候補が数多く発見されており、 チャームバリオンにおけるダイクォーク描像の検証やエキゾチックハドロンの内部構造を理解する ことはハドロン内部のクォーク束縛に関する新たな知見となる。X(3872) はエキゾチックハドロ ンの候補の一つであり、内部構造は未解明である。私はこのX(3872) の性質を網羅し、内部構造 を複眼的に検証できるようX(3872) の崩壊幅を測定する。 X(3872) の崩壊幅は非常に小さく、Belle 実験によりその上限は1.2 MeVと決定されている。Belle II 実験は電子陽電子衝突型B ファクトリー実験であり、先行研究の約50 倍のB 中間子事象のデー タを取得予定である。したがって本実験では、先行研究で使用されていたX(3872) ! J= +􀀀 崩壊より、信号事象数は少ないものの質量分解能が良いX(3872) ! D0 D 00 崩壊を用いて感度を 向上させることができる。私は本実験環境下でX(3872) ! D0 D 00 崩壊をシミュレーションし、 X(3872) の崩壊幅の統計的な感度を見積もった。その結果、本測定は先行研究と比較して信号事 象数は半分程度であるが、質量分解能は約3 倍良いことを明らかにし、本実験で収集予定の全デー タ(50 ab 􀀀1 ) を用いれば崩壊幅の上限値を約180 keV まで向上させられる可能性があることを示 した(図1)。 ただし、本実験は立ち上げ段階であり、ハドロン分光の研究を遂行するためには、初期衝突デー タを用いて測定器の性能を理解しなければならない。したがって本研究では、崩壊幅測定に重要な 質量分解能とチャームバリオン分光に重要な陽子識別性能を実データを用いて評価した。質量分解 能の評価では、D0 中間子の荷電粒子のみで再構成できる崩壊過程を用いた。その結果、実データ での質量分解能はシミュレーションのものよりも約10%程度悪いことがわかった。また、陽子識別 性能評価では、 バリオンの再構成・選別方法と陽子識別効率・誤識別率を導出する手法をシミュ レーションを用いて開発し、それらが真の値を2%の精度で再現できることを示した。この手法 を用いて実データを解析した結果、実データとシミュレーションでは誤識別率は一致しているのに 対し、陽子識別効率の運動量依存性に違いがあることがわかった(図2)。 本研究で行なった性能評価結果を飛跡検出器や粒子識別装置の較正へと役立たせ、性能評価と較 正を繰り返すことで性能を十分に発揮させることが可能である。さらに、本研究によりこれらの性 能が十分に発揮できれば、本実験で世界初となる有意なX(3872) の崩壊幅測定といったハドロン 分光が実現可能となる。
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14. Performance tuning of photon sensor and readout electronics and evaluation of photon detection efficiency for Belle II TOP counter (in Japanese) / Rikuya Okuto [BELLE2-MTHESIS-2019-008] Presented on 14 02 2019 MSc
2019
Nagoya university / Nagoya
Belle II 実験ではe+e􀀀 衝突から生じるB 中間子対を500 億事象という世界最高統計量で収集し、その 希崩壊過程を精密に測定することで標準模型を超える新事象の探索を行う。重いB 中間子崩壊の終状態に 多く含まれる比較的軽いK/ 中間子の識別を高い効率で行う必要があるため、我々は新型粒子識別装置 Time-Of-Propagation (TOP) カウンターを導入し、識別効率95% 以上、誤識別率5% 以下での識別を目指す。 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Micro-Channel-Plate (MCP) -PMT で構 成されている。石英輻射体K= が通過する際に異なる放出角で発生するチェレンコフ光子を光検出器で20 個 程度検出し、その検出時間・位置情報を用いて粒子識別を行う。この際検出光子を10% 損失すると1{2% 程 度識別効率が低下してしまうので、識別性能最大化のために光子数の十分な確保が重要となる。 光子検出システムを構成する読み出し回路とMCP-PMT の性能は個別にテストベンチで精査されてきた。 次の段階の研究として私はインストール後の性能評価と光子検出システム全体の調整を行った。さらに初衝突 運転データを用いてTOP カウンターの光子検出能力を包括的に評価した。 光子検出能力の主な要素は、読み出し回路単体の読み出し効率と、MCP-PMT の増幅率及び閾値で決まる信 号弁別効率である。まず、疑似信号を用いて読み出し効率を評価し、これが74{80% であることを示した。さ らに、この非効率は読み出し回路上の信号判定機構に起因することを指摘し、それを受けた改善によって読み 出し効率を最大100% にできることを示した。次に、1 光子レベルに減光したレーザーを用いてMCP-PMT の増幅率を調整し、信号弁別効率の目標90% 以上を全MCP-PMT で実現した(図1)。 最後に、初衝突運転データに含まれるe+e􀀀 ! +􀀀 事象でのTOP カウンターの検出光子数分布をシミュ レーションと比較し、本研究で評価した効率の影響を省いた場合に平均光子数が8{20% の範囲で一致してい ることを示した(図2)。また、 粒子の入射角度・位置などの条件に対しては期待通りに応答していることを 示した。 本研究により、光子検出の観点で衝突運転時のTOP カウンターの性能を評価し、課題を分析することがで き、目標の粒子識別性能の実現につながった。
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15. Study of B Meson Flavor Tagging with Deep Neural Networks at Belle and Belle II / Jochen Frank Gemmler ; Michael Feindt ; Günter Quast [IEKP-KA/2016-11] [BELLE2-MTHESIS-2019-007] Presented on 03 08 2016 MSc
2016
IEKP Karlsruhe Institut of Technology / Karlsruhe
In this thesis, a novel approach for B meson flavor tagging using Deep Neural Networks is presented. [...]
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16. Untagged Exclusive Analysis of the Semileptonic Decay $B\rightarrow\pi\ell\nu$ from Belle II Data in Preparation for |$V_{ub}$| Extraction / Svenja Granderath ; Prof. Dr. Jochen Dingfelder ; Dr. Peter Lewis [BELLE2-MTHESIS-2019-006] Presented on 19 09 2019 MSc
2019
Physikalisches Institut / Bonn, Germany
In this thesis an untagged exclusive analysis of the charmless semileptonic decay $B\rightarrow\pi\ell\nu$ using an integrated luminosity of 5.6 $fb^{−1}$ of early Belle II data was discussed. [...]
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17. High Energy KL Calibration at Belle II using Initial State Radiation / Lachlan Vaughan-Taylor ; Kevin Varvell ; Andrew Bakich [BELLE2-MTHESIS-2019-005] Presented on 30 08 2019 MSc
2019
The University of Sydney / Sydney
This thesis presents a feasibility study of a method for KL calibration at the Belle II experiment, using initial state radiation (ISR) production of the KS KL final state. [...]
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18. Comparison of the Simulated Lifetime of Primary and Secondary Lambda_0 Particles in Belle II Analysis Software Framework / Sangsik Yoon ; Doris Kim [BELLE2-UTHESIS-2019-002] Presented on 28 05 2019 BSc
2019
Soongsil University / Seoul
The problem of the simulated lifetime of secondary Lambda_0 particles in the Belle II detector simulation has been reported by Hikari Hirata at Nagoya University [...]
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19. Multiparameter Analysis of the Belle II Pixeldetector’s Data Using Principal Components Analysis and Neural Networks / Stephanie Käs ; Jens Sören Lange [BELLE2-UTHESIS-2019-001] Presented on 01 07 2019 BSc
2019
II. Physics Institute / Giessen
In a recent thesis, the use of self-organising maps (SOM) and feed forward networks for classification processes was applied in the analysis of data from Belle II’s pixel vertex detector. [...]
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20. Exclusive untagged analysis of the semi-leptonic decay B→ρlν in preparation for extracting |V_ub| using early Belle II data / Lex Greeven ; Prof. Dr. Jochen Dingfelder ; Dr. Peter Lewis [BELLE2-MTHESIS-2019-004] Presented on 01 08 2019 MSc
2019
Physikalisches Institut / Bonn
In this thesis, the decay B → ρlν was studied using Belle II Monte Carlo simulation corresponding to the early Belle II data size of 6.5 fb−1. [...]
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