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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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Belle II実験用新型粒子識別装置Aerogel RICHの開発 / Shuichi Iwata [BELLE2-MTHESIS-2021-046] Presented on 07 01 2011 MSc
2011 Tokyo Metropolitan University / Hachioji
高エネルギー加速器研究機構で行われてきたBelle 実験は，電子・陽電子非対称エネルギー衝突型加速器KEKB によって大量のB 中間子対を生成し，その崩壊過程をBelle 測定器によって精密に観測することにより，B 中間子系でのCP 対称性の破れの存在を証明することが主な目的であった。同実験は2010 年6 月をもって加速器と測定器の運転を終了し，約11 年間の実験を終えた。そしてBelle 実験の後継実験として，標準模型を超えた新しい物理の探索を最大の目的としたBelle II 実験計画が，2014 年開始を目標に進められている。 CP 対称性の破れを説明するKobayashi-Maskawa 模型の検証など，Belle 実験によって標準模型の有効性は確かめられたが，ヒッグス粒子が未発見であることや階層性の問題，実験で決めなければならないパラメータが非常に多いなど，幾つかの問題を抱えている。これに答えるには，標準模型の枠組みだけでは難しく，超対称性理論や余剰次元など多くの模型が提唱されているが，どれも仮説の域を超えないのが現状である。 Belle II 実験は，これらの模型に対し実験的制限を与えることにより，新しい物理を見つけ出すヒントを得ようとしている。新しい物理の効果は，B 中間子系のような低エネルギーでの実験では標準模型からの“ ずれ”として観測される。したがって新しい物理を明確に観測するには，標準模型によって十分理解できる物理過程をより精密に観測することや，非常に稀にしか起こらないような事象の観測が求められることになる。Belle 実験よりさらに精密な測定かつ十分な統計量が得られるように，KEKB 加速器/Belle 測定器をSuper KEKB 加速器/Belle II 測定器へとアッフグレードする計画が進められており，より高精度の測定器の開発が行われている。 Belle II 測定器はBelle 測定器と同様に，目的，用途別にいくつかの副検出器からなる複合体である。この中で生成荷電粒子(主にπ 中間子とK 中間子) の識別を行う重要な副検出器として，我々のグループではAerogel Ring Imaging Cherenkov 検出器(A-RICH) の開発を進めている。Belle 測定器において同様の役割を担っていたAerogel Cherenkov Counter は，Endcap 部と呼ばれる領域での識別可能運動量を，空間的制約のため2 GeV/c までに限定していた。Belle II 実験では Endcap 部でも稀崩壊の観測を可能とするため，これまで識別出来ていなかった高運動量領域でも識別可能な新型粒子識別装置として，A-RICH を開発することとなった。 A-RICH の目標性能は，4 GeV/c までの運動量領域で4σ 以上のK/π 分離能力を達成することである。A-RICH の主要構成要素としては，半導体光測定器Hybrid Avalanche Photo-Detector (HAPD)，輻射体としてのシリカエアロゲル，そしてHAPD 専用読み出し電子回路システムがある。読み出し電子回路システムはアナログ信号処理用としてASIC，デジタル信号処理用として FPGA の2 種類のIC によって構成されている。本研究において，この読み出しシステムが最終版として十分な性能をほぼ達成できていることが検証された。
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