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21. シミュレーションを用いた Belle II 実験用 粒子識別装置Aerogel RICH の性能向上の研究 / Kazuya Ogawa ; Yosuke Yusa [BELLE2-MTHESIS-2021-061] Presented on 09 02 2016 MSc
2016
Niigata University / Niigata
現在の素粒子物理学の標準模型では説明できない現象が数多く存在しており, 素粒子の振る舞い を示す完全な理論ではないことを意味している。そこで, 現在知られている素粒子現象を精密に測 定することで, 素粒子のより高度な物理の理解を推し進める実験の 1 つが Belle II 実験である。 Belle II 実験は, 高エネルギー加速器研究機構 (KEK) で 2017 年開始予定の電子陽電子衝突型 加速器実験である。SuperKEKB 加速器を用いて電子と陽電子を加速, 衝突させることで生成し ̄ そこで, 広い運動量領域において高精度な K± 中間子と π± 中間子の識別を行う Aerogel Ring Imaging Cherenkov 検出器 (A-RICH) が考案され, 開発を我々のグループが行っている。A-RICH は輻射体であるエアロゲルと pixel 型半導体光検出器である Hybrid Avalanche Photo Detector (HAPD) の 2 つで構成されており, 実機は磁場中で使用されるため, 磁場中でも動作可能なもの を使用している。識別原理は, 荷電粒子がエアロゲルを通過する際に放出するチェレンコフ光を HAPD でリングイメージとして検出し, 光の放射角を測定することで粒子識別を行うというもの である。 本研究の目的は, A-RICH から π± 中間子と K± 中間子の識別能力を最大限引き出すことであ る。A-RICH に HAPD は 420 個使用されるが, HAPD は開発段階の為, 生産の歩留まりがあまり 良く無く, 性能に大きなばらつきが存在する。そこで, まず, 量産された HAPD に問題が無いか調 査し, 個体差を理解した上で, HAPD の性能の個体差を考慮した HAPD の配置の最適化を行い, 識別能力を最大限引き出すこと目指す。 最初に, 量産された HAPD の個々の性能について調査を行い, 各 HAPD のパラメータを測定 し, 良品の選定を行った。全数調査での測定内容は, 暗電流とノイズ量, レーザーを照射した際の 照射位置におけるヒット分布と総増幅率, ランプの光を HAPD の有効面積内に照射した際の量子 効率の 5 つである。浜松ホトニクスでもリーク電流値, ノイズ量, 総増幅率, 量子効率の測定が行 われており, 双方の測定結果を比較することで, 測定結果が信頼できるものか確かめた。 磁場中において HAPD の性能が変化することが先行研究から知られていたので, 磁場中での性 能を理解し A-RICH の粒子識別能力の向上に活かすために磁場中での測定も担当した。一部の HAPD で, 出力信号の中に信号とは関係ない巨大なパルスが出力することが判明した。このパル スの出力頻度は個々の HAPD ごとに大きく異なることが判明したので, 実環境で使用した際に問 題が無く動作するか調べる為に, 全 HAPD のパルスの出力頻度を確認した。 以上のように実際の実験環境における HAPD の性能を理解した上で, HAPD の選び方と並べ 方の判断基準を考える為に, シミュレーションを用いて粒子識別能力に最も影響がある HAPD の パラメータについて調査した。測定したパラメータの内, 粒子識別能力に直接影響を与える不良 pixel 数と量子効率を変化させシミュレーションを行った結果として, HAPD の量子効率が粒子識 別能力に大きく関係していることを明らかにした。 量子効率が粒子識別能力に最も影響を与えるパラメータということから全数調査によって得ら れた量子効率の分布を元に HAPD の配置パターンを用意し, シミュレーションの結果から識別能 力が最も高くなる配置パターンの傾向を決定した。 た B − B 中間子対の崩壊を Belle II 測定器で観測する。B 中間子の崩壊には終状態の K 中間 子を π 中間子と入れ替えた崩壊が多々存在するために (例: B → Kπ と B → ππ, B → DKππ と B → Dπππ), Belle II 実験において, π± 中間子と K± 中間子の識別は物理現象の精密測定に不可 欠なものの 1 つである。また, B 中間子の崩壊の終状態に表れる粒子の数によって, K/π 中間子 の持つ運動量も様々である。
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22. BelleII実験におけるSilicon Vertex Detector(SVD)製作に関する研究 / Yoshiaki Seino [BELLE2-MTHESIS-2021-060] Presented on 23 01 2015 MSc
2015
Niigata University / Niigata city
 本論文ではBelleII実験で使用するストリップ型崩壊点検出器である Silicon Vertex Detector(SVD)の最外層ラダー(L6)の製作に関する研究について述べる。  1999-2010年に日本の茨城県つくば市にある高エネルギー加速器研究機構(KEK)で電子・陽電子非対称衝突型加速器実験であるBelle実験が行われた。Belle実験では世界最高ルミノシティとなる2.1×10^{34}cm^{−2}s^{−1}を達成し、約10年の稼働期間で1000fb^{−1}を超える世界最大のデータを収集した。そしてこの高統計量のデータを用いて、多くの実験成果を上げてきた。特にB中間子の精密な寿命測定によるCP対称性の破れの証明は2008年にノーベル物理学賞を受賞した小林・益川理論の実験的根拠にもなった。またその高統計量のおかげで新粒子の発見も相次ぎ、中でも新種のハドロン共鳴状態(エキゾチックハドロン)と思われる粒子群の発見は 新たな学術領域を開拓しつつある。しかしその一方で素粒子標準理論を超えた新物理についての決定的な発見はなく、手がかりと見られる測定結果もいくつかあったがBelle実験の統計量をもってしても統計誤差が大きく判断は難しかった。そのため新物理の測定を可能とする圧倒的統計量のデータを収集するためにBelle実験の後継実験であるBelleII実験が提案された。  BelleII実験では加速器の高性能化とそれに対応した測定器の改良及び高度化でBelle実験の約40倍となる80×10^{34}cm^{−2}s^{−1}のルミノシティを実現し、最終的には約10年の稼働期間においてBelle実験の約50倍となるデータを蓄積する計画である。BelleII実験の稼働開始は2017年を予定しており、現在は加速器と各種測定器のアップグレード中である。その中でSVDはBelleII検出器において崩壊点検出を担う装置であり、本論文では日本を中心としたグループ(製作拠点:東京大学カブリ数物連携宇宙研究機構(Kavli IPMU))が担当している最外層のラダー(L6)の量産(予備を含め19本)に向けた研究について述べる。  量産したラダーの品質はBelleII実験における解析の精度を大きく左右する。実験で要求される品質のラダーを安定的に量産するためには高いワイヤーボンディングのYieldとセンサーの位置精度を保つ必要がある。そのため本研究では量産時において実現可能性が十分に担保された再現性の高い組み立て工程を研究し、確立した手法によって試作ラダーを製作した。そしてその試作ラダーにおいて要求される品質が達成できることを確認した。
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23. Development of Electrical Quality Assurance for Silicon Vertex Detector in Belle II experiment / Junya Sasaki ; Hiroaki Aihara [BELLE2-MTHESIS-2021-059] Presented on 02 02 2015 MSc
2015
University of Tokyo / Tokyo
Belle II experiment is the upgrade of Belle experiment. [...]
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24. Feasibility study of ghost hits reduction in Silicon Vertex Detector for Belle II experiment / Kun Wan ; Hiroaki Aihara [BELLE2-MTHESIS-2021-058] Presented on 21 07 2017 MSc
2017
University of Tokyo / Tokyo
Belle II experiment is a next generation B-factory that is aimed to study many excit- ing and intriguing topics in the research of New Physics, located in Tsukuba, Japan. [...]
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25. Development of proper-time resolution function for improved measurement of time evolution of B mesons in the Belle II experiment / Zhang Tingyu ; Hiroaki Aihara [BELLE2-MTHESIS-2021-057] Presented on 22 07 2020 MSc
2020
University of Tokyo / Tokyo
n the Standard Model, the single irreducible complex phase in the Cabibbo-Kobayashi- Maskawa (CKM) quark-mixing matrix causes the effects of Charge-Parity (CP) violation. [...]
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26. Time Dependent Charge-Parity Violation in B0 → KS0KS0KS0 in Belle II early operation / Wan Kun ; Hiroaki Aihara [BELLE2-PTHESIS-2021-013] Presented on 13 04 2021 PhD
2021
University of Tokyo / Tokyo
The Belle II experiment is a next-generation super B-factory experiment. [...]
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27. Measurement of the Flavor Changing Neutral Current Decays B → Kl+l− at the Belle II Experiment / Johnny Alejandro Mora Grimaldo ; Hiroaki Aihara [BELLE2-PTHESIS-2021-012] Presented on 27 07 2020 PhD
2020
University of Tokyo / Tokyo
Flavor Changing Neutral Currents (FCNC) constitute excellent probes for physics beyond the Standard Model, since their branching fractions can be affected by the presence of new, heavy particles as mediators. [...]
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28. Development of the Aerogel RICH counter for a super B-factory experiment / Shuichi Iwata [BELLE2-PTHESIS-2021-011] Presented on 28 02 2016 PhD
2016
Tokyo Metropolitan University / Hachioji
The framework to explain various phenomena in elementary particle physics, known as the standard model (SM), had completely been established by the experimental discoveries, such as the CP violation in a B decay system and the existence of a Higgs boson expected by the SM. [...]
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29. RICH検出器開発に向けた、HPDの性能試験と読出し回路の開発 / Takayuki Seki [BELLE2-MTHESIS-2021-056] Presented on 09 01 2004 MSc
2004
Tokyo Metropolitan University / Hachioji
今日、高エネルギー物理学では、標準理論のより詳細な検証、標準理論を越える物理 事象の観測を目標に、非加速器実験も含め数多くの実験が行われている。その中で、小 林・益川モデルの検証、CP 非対称の起源の探索を目標に1998 年に開始されたBelle 実験 は、現在まで様々な成果を上げ、標準理論をも越えるやも知れない事象の観測をするま でに至っている。Belle 実験は、電子・陽電子衝突型加速器KEKB を用いB 中間子・反 B 中間子対を大量に生成し、それらの崩壊事象を詳細に観測する事からCP 非対称性に 関する新しい結果を生み出している。これもひとえに世界最高クラスのルミノシティー L = 1034[cm¡2s¡1] を誇る加速器KEKB と、高精度なBelle 検出器を構成する検出器群が 実現できたからこそである。現在もなお、Belle 実験は更なる新しい事象の検出を目標に 稼動し続けており、2006 年まで続けられた後の計画として、加速器、検出器ともにアッ プグレードを行うことで、B 中間子を用いた加速器実験における更なる探求を目指した、 Super-KEKB という計画が立ち上がりつつある。Super-KEKB では、Belle 実験よりもハ イ・ルミノシティーな加速器、高精度な検出器をもって、”稀”な事象を余すことなく検 出することを目標としている。 現在、Belle 検出器にはK 中間子と¼ 中間子の識別用検出器として、閾値型エアロゲ ル・チェレンコフ・カウンター(以下、ACC) が導入されている。K=¼ 識別は”CP 対象性 の破れ”を測定するために、重要な要素となっている。閾値型であるためACC では、あ る運動量範囲において¼§ 中間子が輻射体中を通過した時のみチェレンコフ光が放射され ることで信号として検出され、同一運動量のK§ 中間子に対しててはチェレンコフ光が 放射されず信号が検出されない、ということからK=¼ 識別を行ってきた。現在は、信号 の大きさからチェレンコフ光の光量を見積もり、そこから”K 中間子らしさ”、”¼ 中間子 らしさ”という変数を求めることで、閾値型としてのACC よりも高効率なK=¼ 識別を実 現している。しかし、現状において、他の粒子とK 若しくは¼ 中間子との識別は全デー タ量の約90[%]、更にK=¼ 中間子間の識別は全データ量の約80[%] しか行えていない。そ して、K 若しくは¼ 中間子のどちらかであるK¼ の混合割合は約10[%] となる。 一般的に”稀”な事象を観測しようとする素粒子実験において、統計量を稼ぐためにも、 新たな事象の観測においても上記のようなデータの損失は可能な限り減らす必要がある。 そこで我々は、更なる粒子識別能力の向上を目指し現ACC に代わる新たな粒子識別検出 器として、TOP counter とRICH counter の研究・開発をSuper-KEKB 計画に向け行っ ている。その様な流れの中、私はそのRICH counter に関する研究・開発に携わってきた。 RICH counter とは、荷電粒子が薄い輻射体を通過した際、円錐状に放射されるチェレ ンコフ光の断面をリング・イメージとして捕らえることで、チェレンコフ光の放射角を測 定し、荷電粒子の速度を測定する、という検出器である。他の検出器より運動量を測定す ることで、質量を割り出すことができ荷電粒子を特定することが可能となる。リング・イ メージを捕らえる為に、RICH counter では位置分解能を有する光検出器が必要となる。 また、Belle 実験では、光検出器は磁場中で動作する必要があり、また、設置空間も狭く限 られている。そのため、RICH counter には”Proximity Forcusing RICH counter”を、光検 出器としてマルチ・チャンネルHybrid Photo Detector(HPD) 若しくはHybrid Avalanche Photo Detector(HAPD) を使用します。信号読み出しの為の回路としては、検出器にマウ ントされる読出し電子回路の増幅器として、一般的なJ-FET を用いた増幅器ではなく、 CMOS-FET を用いた集積回路によりRICH counter を実現しようと試みている。 そこで私は、RICH counter の研究・開発において、新しく開発した高性能の光検出器 HPD とHAPD の性能評価と、集積回路の設計・開発を行ってきた。HPD とHAPD の 評価においては、RICH counter に使用される予定の物は、144[channel] のHPD 若しく はHAPD だが、その前段階の試作品として開発された、Single channel HPD と、3 £ 3 channel HAPD の評価を行った。Single channel HPD に関しては、特に検出器としての 基本特性を調べ、3£ 3 channel HAPD に関しては、位置分解能を持つ光検出器としての 特性を調べた。また、光検出器の評価とは別に、読出し回路用の集積回路の設計を並行 して行い、第一作目の集積回路が、昨年4 月頃完成したので、回路の動作確認を行った。 これらの結果についてまとめ、また最終結論として、現状で実現できるであろうRICH counter 像について報告する。
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30. 144chマルチアノード型光検出器HAPDの性能評価 / Shungo Yamamoto [BELLE2-MTHESIS-2021-055] Presented on 31 03 2005 MSc
2005
Tokyo Metropolitan University / Hachioji
􀀀 実験は、高エネルギー加速器研究機構の電子陽電子非対称エネルギー衝突型円形加 速器(􀀀)によって􀀀 中間子を大量に生成し、􀀀 中間子の崩壊事象から標準モデルの 中の小林・益川理論によって説明される 対称性非保存の検証を行っている。􀀀 加 速器は高精度な加速器装置群からなり、世界最高のルミノシティー􀀀 􀀀􀀀􀀀 を 上げつつ、 年までの稼動が予定されている。その後、更なる新事象の検出を目標に、 􀀀 として稀有な確率の事象を検出しようとする計画が立ちあげられている。私たち はこの􀀀 での物理に対応するために􀀀 検出器の性能向上を目的として、検 出器の研究開発を行っている。􀀀 検出器の中で私が所属する 中間子識別グループ ( グループ)では、高い粒子識別能力をもった検出器によって貢献しようとしている。 現在の􀀀 検出器の 識別能力は 中間子( 中間子)の識別能力は で、 中間 子( 中間子)の混在する割合は 以下となっている。そこで、更なる粒子識別能力向上 を目標に􀀀 の グループではアップグレード検出器として、 ( ! "#)検出器を採用することを計画している。 検出器とは、粒子識別の対象となる荷電粒子が輻射体を通過する際に放射され る$ ! 光を位置分解能の備わっている光検出器によって測定し、光子の検出器上の 位置情報から$ ! 光の放射角を再構成し、荷電粒子の速度を求めるものである。こ のための 検出器は、輻射体としてシリカエアロゲルを採用し、「充分な有効面積 および位置分解能」を併せ持ち、且つ「 %& の磁場中で稼動」する光検出器を開発するこ とにした。このため、私たちは 検出器において高い透過率を有するシリカエアロ ゲル、新型のマルチアノード光検出器の研究開発を行っている。 この 用光検出器として、新型マルチアノード光検出器'() !"$ $# #"#* を浜松ホトニクス株式会社と共同開発している。この新型光検出器は、 真空管の中に!"$ フォトダイオード()を配置し、 のキャリアを信号と する新しい光検出器である。光電効果で発生した光電子を高電圧で加速しおよそ+ , の エネルギーを与える。この光電子が逆バイアス電圧で保持された に打ち込まれ、 光 電子の入射に対しておよそ の電子・正孔対(キャリア)が生成され、逆バイアス電圧 によってこのキャリアを信号として検出する。キャリアは!"$ 効果にっておよそ 倍され、 光子あたり 電子を信号としている。 私は 検出器の研究開発において、このマルチアノード型 の性能評価に 携わってきた。 は現在試作段階であるため、 台の でも 検出器と しての性能を評価できるようにしたい。そこで、小さな有効面積内に$ ! 光を集光 する"# 検出器を考案。この"# 検出器の性能をフラットパネル 型光検出器浜松ホトニクス、+% によって評価した。本論文ではこの"# の性能評価を交え、今回完成された -- "$ [...]
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