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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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