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Performance evaluation of TOP counter using CFD readout (in Japanese) / Yuhei Ito [BELLE2-MTHESIS-2019-016] Presented on 01 02 2014 MSc
2014 Nagoya university / Nagoya
2016 年から開始されるBelle ll 実験では、B 中間子の稀崩壊を用いて、新物理の探索を行う。それらの崩壊を膨大な背景事象と区別するためには、高い効率で中間子とK 中間子を識別する必要がある。我々はTOP(Time Of Propagation) カウンターを開発し、約3 GeV/c の運動量を持つ K 中間子に対して、Belle ll 実験における入射条件の平均で、95 %以上の検出効率と5 %以下の誤識別率を目指している。 TOP カウンターは輻射体である石英板と、その端面に設置された光検出器MCP(Micro Channel Plate)-PMT から構成されたリングイメージ型チェレンコフ検出器である。石英板、光検出器それぞれについては、これまでの研究で十分な性能があることが分かっている。よって、現在の最重要課題は実機仕様のTOP カウンターの粒子識別性能を評価することである。そこで、2013 年6 月に SPring-8 LEPS ビームラインにて、実機仕様のTOP カウンターとして初めての照射試験を行った。本照射試験では32 個のMCP-PMT を用いるため、それらを安定的に読み出すシステムが必要であった。また、以前の照射試験から、読み出し回路のチャンネル間のクロストークの発生確率を低く抑えることが重要であると分かっていた。そこで私は、CFD を用いた読み出し回路を開発し、性能評価を行った。その結果、時間分解能は50 ps 以下を達成した。更に、クロストークの発生確率を1 %以下にしながら、検出効率の低下を10 %以内に抑えつつ、CFD の閾値電圧とMCP-PMT の印加電圧を最適化した。次に、光検出器の応答、石英板の光学特性を考慮したシミュレーションと照射試験のデータを比較し、TOP カウンターの特性を評価した。その結果、MCP-PMT の量子効率や石英板表面での反射率の光子入射角度依存性を理解することが重要であると明らかにした。その効果を確かめるため、3 GeV/c のK 中間子と中間子のチェレンコフ光の検出確率分布をシミュレーションで作成し、本照射のデータと比較することで、擬似的に3 GeV/c のK の誤識別率を見積もった。その結果、TOP カウンターに垂直に入射させる条件で、上記の効果を考慮しない場合には誤識別率は 8.0 %だったが、考慮した場合には7.4 %に改善した。本研究によって、実機仕様のTOP カウンターを実際に動作させ、そのふるまいを解析によって理解し、粒子識別性能を初めて明らかにした。
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