ILD検出器の概要筑波大学　村雨梓 Index •  ILD検出器について –  主要な装置（VTX,TPC,CAL etc） –  求められる性能 •  筑波大学の研究について Interna4onal Linear Collider 一兆円規模の国際プロジェクト世界最大の電子陽電子衝突型線形加速器崩壊点検出器はe+e-‐衝突点の最も近傍に設置される検出器目指す物理 ①Higgsの精密測定 ②トップクォークの精密測定 ③標準理論を超える物理の探索 Interna4onal Linear Collider 一兆円規模の国際プロジェクト世界最大の電子陽電子衝突型線形加速器目指す物理 ①Higgsの精密測定 ②トップクォークの精密測定 ③標準理論を超える物理の探索 Interna4onal Large Detector 電子ビームと陽電子ビームの衝突点にある二つの検出器 Interna4onal Large Detector 電子ビームと陽電子ビームの衝突点にある二つの検出器 ILD検出器の主な装置 ILD検出器 VTX…崩壊点を精密に測定 b/c quark tagging TPC…荷電粒子の飛跡を再構成し運動量を測定 CAL…カスケードシャワーを利用し、入射粒子のエネルギーを測定する μ検出器…ミューオンを同定する崩壊点検出器 ■崩壊点検出器はe+e-‐衝突点の最も近傍に設置される検出器■ ■役割 bクォーク、cクォークの同定 (~数μmの精度が求められる) ■ILCの目指す物理 Higgs粒子の精密測定 Higgs機構の検証 →軽いHiggs粒子はbb,cc,ggに多く崩壊 TPC(Time Projec4on Chamber) ■TPCはILD検出器の主飛跡検出器■ 荷電粒子の飛跡を再構成し運動量を測定高精度運動量分解能高効率飛跡検出能力 CAL ■入射粒子のエネルギーを測定する検出器■ n  サンプリング型カロリメータ ¨  ¨  ¨  吸収体と検出体を交互に組み合わせた積層型エネルギー分解能は全吸収型に劣る低コスト物質に入射した粒子が生成する二次粒子群は，さらに二次粒子を生成する．この過程は新たな粒子を生成できるエネルギーを下回るまで続き，粒子数が指数関数的に増大する要求される性能 ILC実験に使う検出器への要求まとめ •  ILCで観測される現象はジェットを含むイベントが多い。・高いエネルギー分解能が必要 ⇒Z(90GeV)とW(80GeV)ボソンを区別するため・b,cクォークの識別が高精度で可能 ⇒Higgs粒子の崩壊分岐比を精査するため・十分広い立体角を隙間なく覆う事が重要 ⇒ニュートリノという観測されない粒子のため要求されるJER(Jet Energy Resolu4on) •  識別に必要な JER 準基 W , Zの区別が付く！←これらの質量差は10GeV &Wの崩壊幅 2.1GeV Zの崩壊幅 2.5GeV ex.) e e -‐>ννWW, e e -‐>ννZZ + -‐ + -‐ →検出器の性能を向上させるだけでは厳しい。。。 →PFAを導入するとこのJERは達成できる！？要求されるJERの達成？要求されるJER 実は、単純に検出器の性能を挙げるだけでは限界 PFAの導入カロリメータの細分化 PFA(Par4cle Flow Algorithm) ■高いエネルギー分解能を達成するためのアルゴリズム■ ジェットを構成する粒子 : 荷電粒子65%、光子25%、中性ハドロン10% →荷電粒子のほとんどはハドロン器出の検従来分割されていないカロリメータ従来の検出器では、ECALとHCALのトータルなエネルギーとして測定 HCALのエネルギー分解能は良くないシャワートラックに帰属するエネルギーを飛跡検出器で測定無帰属エネルギーのみをカロリメータによって測定 PFA(Par4cle Flow Algorithm) PFAではトラックlに帰属するエネルギーと帰属しないエネルギーの弁別荷電粒子：飛跡検出器　中性粒子：カロリメータ　PFA の情報を用いる。電磁カロリメータにおいて分割されていないカロリメータ細分割型の　カロリメータ・荷電粒子と中性粒子を混合しないように空間的に分離できなくてはならないこのためカロリメータの細分化が重要となる。シャワー PFA(Par4cle Flow Algorithm) ❖  HCalのエネルギー分解能が悪いため、荷電粒子には飛跡検出器の情報を、光子や中性ハドロンに対してはカロリメータの情報を用いてエネルギー測定を行うというもの。 1.  カロリメータにおいてジェット中の各粒子に対応するクラスターを再構成する 2.  飛跡検出器で荷電粒子の飛跡より運動量を測定する 3.  飛跡検出器で測定した荷電粒子に対応するカロリメータのクラスターを取り除く 4.  飛跡検出器で測定した荷電粒子の運動量と、カロリメータで測定した中性粒子のエネルギーを用いてジェットのエネルギーを再構成する 18 ILD-‐ECAL •  ILD-‐ECAL sensorについて以下の２種類が候補になっている検出器全面がSiセンサー極小のSiセンサー(MPPC) ECALの吸収層は共にtungstenを採用。厚み2mm~4mm Moliere Radius が小さく、X0短く、λ1長い Sc-‐E 成構 CALのシンチを交差させることで、 5mm×5mmの位置分解能を再現 45mm(L)×5mm(W)×2mm(T) 筑波大学におけるILC用カロリメータの開発の取り組み（修論，卒論） •  タイルファイバー型ハドロンカロリメータ開発（KEK testbeam）１９９６－１９９９ •  補償型ハドロンカロリメータ開発（KEK and Fermilab testbeam）１９９８－２００１ •  ハドロンシャワー、電磁シャワー、PFAの研究　２０００－２００６ •  ストリップタイルファイバー型カロリメータ開発（KEK test beam)　２００２－ •  光検出器MPPCの開発　２００６－ –  –  –  –  –  –  –  –  –  –  –  –  –  –  –  Study of JLC Hadron Calorimeter (1998.1) 鈴木隆史 JLC ハドロンカロリメーターのためのタイル／ファイバー系の研究 (1998.1) 北條大介 JLC ハドロンカロリメータ試作器の性能評価 (1999.2) 石崎智子 JLC補償型ハドロンカロリメータの開発研究 (2000.1) 中川敦子タイル/ファイバー型ハドロンカロリメータ試作器の製作および性能評価とそれを用いたハドロンシャワーの研究 (2000.2) 大田辰郎 Measurement of Performances of Compensating Lead/Plastic-Scintillator Tile/Fiber Calorimeter (2001.2) 魚住聖 JLC実験におけるジェットエネルギー測定アルゴリズムの研究 (2002.2) 石澤善雄ハドロンシャワーの奥行き方向の揺らぎの研究 (2002.2) 中田有一電磁シャワーの発達と揺らぎの研究 (2003.2) 山田豊リニアコライダー実験におけるジェット再構成の研究 (2004.2) 山本澄江ハドロンシャワーの奥行き方向の揺らぎの解析とそのシミュレーション (2004.2) 松本偉史リニアコライダー実験用カロリメータの設計研究 (2006.2) 山口佳博 JLCストリップ・ファイバー電磁カロリメータの性能研究 (2003.2) 関口克巳リニアコライダー実験用ストリップ・ファイバー電磁カロリメータの性能評価 (2005.2) 山内伸リニアコライダー実験用ストリップ・ファイバー電磁カロリメータのビームテストによる性能研究 (2005.2) 永野あい –  –  –  –  –  –  –  リニアコライダー実験用カロリメータのための光検出器MPPCの開発研究 (2007.2) 前田高志リニアコライダー実験用カロリメータの読み出しに用いるマルチピクセル光検出器MPPCの開発研究(2007.2)須藤祐司リニアコライダー実験用カロリメータの読み出しに用いられる光検出器MPPCの放射線耐性の研究(2008.2)　山崎秀樹 ILCカロリメータ用光検出器MPPCの基礎特性のピクセル数依存性の研究(2008.2)高橋優介リニアコライダー実験用細分割カロリメータに用いられる光検出器MPPCの長期安定性の研究(2010.2) 高橋優介 ILCカロリメータ用光検出器MPPCのピクセル数増加による基礎特性変化の研究(2010.2)　倉本綾佳リニアコライダー実験用細分割カロリーメータに用いる光検出器MPPCの応答線形性の研究 (2011/2) 小池博子 –  ILC 用細分割電磁カロリメータに用いる光検出器MPPCの応答線形性の研究 (2013/2) 渕　遼亮 –  ILCカロリメータ用光検出器 MPPC の時間分解能の研究 (2014/2) 吉田昂平 •  リニアコライダー実験用細分割電磁カロリメータ試作機のテストとその理解　２００８－ –  –  –  リニアコライダー実験用細分割電磁カロリメータのビームテストによるエネルギー較正と基本性能評価(2009.2)　生野利典リニアコライダー実験用細分割電磁カロリメータのビームテストによる性能試験とπ0中間子生成事象の再構成(2009.2)　須藤祐司リニアコライダー実験用細分割電磁カロリメータの応答一様性の評価 (2011/2)　田中航平自分の研究概要 back-‐up ILC実験に期待する物理 –  ヒッグス粒子の精密測定 –  標準理論を超える新しい物理の発見 –  Ex) SUSY,余剰次元,ダークマター　etc ILCではヒッグス粒子の探索と精密な測定が大きな目的の１つ果たしてHiggs粒子なるものは存在するのか？ LHCで発見された新粒子がHiggs粒子だとしても、それは本当に標準模型で予言されていたHiggs粒子なのか？？ 24 Higgs粒子の全容解明 ⇒結合定数の法則の測定が重要になってくる。質量と結合を精密に測定する事により mi = gi v を満たすかをテストする。 Higgsの自己結合についてはLHCでは見れない。 25 検出器への要求まとめ 250GeV dominant ZH過程主 ZH 生成過程 250GeV ss == 250GeV μ μ 検出器への要求まとめ 250GeV dominant ZH過程 ZH mass peak 125GeV recoil ma μ ssを再構成 μ s = 250GeV W+W-‐ Z+Z-‐ 崩壊分岐比 Z -‐> j j 125GeV Jetのエネルギー測定が鍵！観測されるJet事象が 81%にも及ぶ！！どれくらいのJet Energy Resolu4onが必要か？