ILD電磁カロリメータの ジェット事象を用いる エネルギーキャリブレーション 2009.02.12 信州大学大学院 高エネルギー研究室 修士課程2年 柳田 耕司 ＩＬＣ実験計画 重心系エネルギー500ＧｅＶの電子・陽電子衝突 型線形加速器実験。 ヒッグス粒子や新粒子、新現象の発見・精密測定 を目的。 ジェットイベントの精密な測定が必要。 ジェットイベント （ｃ）2005 Shigemi Numazawa 測定器の概観図 15m 衝突点 7.2 m 中央飛跡検出器 カロリメータ ・中央飛跡検出器 荷電粒子の飛跡と運動量を高い精度で測 定できる。 ・カロリメータ 粒子の位置とエネルギーを測定できる。 カロリメータの細分化 ・ジェットイベントの精密な測定が重要。 中央飛跡検出器 ・荷電粒子 カロリメータ ・中性粒子 ・カロリメータでは荷電粒子・中性粒子を測定。 ・カロリメータを細分化することで、荷電粒子と中性 粒子を分ける。 バレル 衝突点 750[cm] エンドキャップ 12角形 325[cm] カロリメータの概観図 e or gamma hadron 電磁カロリメータ・・・・・・33レイヤー、 タングステン 3mm, シンチレータ 2mm, 読み出し層 1mm ハドロンカロリメータ・・・42レイヤー 2, 鉄 20mm, cm 5mm , 読み出し層 シンチレータ 1mm ＭＩＰ(Minimum Ionizing Particle) ハドロンカロリメータ 特徴１： エネルギー損失がほぼ一定 基準になる。 電磁カロリメータ ＭＩＰ 特徴2： シャワーを起こさずに突き 抜ける。 選びやすい。 e or gamma hadron エネルギーキャリブレーション Ａ Ｂ ・入射エネルギーが同じ。 エネルギーを落した セルが違う ・応答が変わってしまう。 e- e- ・測定されるエネルギーが同じになるように補正をする。 研究目的 91.2[GeV] 細分化された電磁カロリ メータのエネルギーキャ リブレーションを行いたい。 91.2[GeV]で多量に発生 するZ→ q q イベントを用 いると、どれだけ時間が かかるか？ MIP SELECTION (b) (a) (b) 衝突点 １． ２． ３． ４． (a) (b) あるセル（赤いセル）を見る。 赤いセルと同じレイヤーで隣のものが2つ以上ヒットしていないも の 赤いセルと衝突点を結び、前と後ろのレイヤーでその直線上のセ ル（星のセル）とその隣のセル（ピンク）のどれかにヒット（３つま で） この条件を満たすセル（赤いセル）をMIPとして取ってきた。 MIP SELECTION 各セルで検出したエネルギー[GeV] 各セルにヒットした数 各セルにヒットした数 MIP SELECTIONをした分布 各セルで検出したエネルギー[GeV] ランダウ分布をしていることからほぼＭＩＰである と判断できる。 ＭＩＰ SELECTION した時の様子 Θ（ビーム軸との成す角）依存 バレル エンドキャップ イベント数 124 MPV 0.325±0.012 [MeV] 各セルで検出したエネルギー[GeV] 誤差/ＭＰＶ[%] 各セルにヒットした数 1セルにどれだけヒットしているべき か？ セルにヒットした数 1セルに100ヒットすれば５％以内に抑えら れる。 Z→ｑｑbarの起こる頻度 ルミノシティ L [cm 2 s ] 1 反応断面積 σ [ fb ] 反応の起こる頻度R[ ]は ｓ1 R= L ×σ 一日にＺ→qqbarの起こるイ ベント数 s L σ R 一日にＺ→qqbar の起こるイベント数 91.2 33 4× 10 7 3.1× 10 124 1070万 200 34 2× 10 4 10 2.0× 0.4 3万5千 500 34 2× 10 3 2.7× 10 0.054 4700 hit 91.2・200・500[GeV]のMIPのhit 数 ・91.2[GeV] ・200[GeV] ・500[GeV] MIP 91.2[GeV] ・・・865万hit (2万イベント) 200 [GeV] ・・・230万hit (2500イベント) 500 [GeV] ・・・460万hit (2500イベント) MIPのヒット数と1日にZ→qqbarの起こるイベント数から1 日に1セルにヒットする数を求める。 1日で1cellにhitする数 91.2 [GeV] ‥‥ 110 hit 200 [GeV] ‥‥ 0.76 hit 500 [GeV] ‥‥ 0.20 hit 200 ・ 500 [GeV] は 100 hit するのに それぞれ、 130日 ・ 500日かかってしまう。 200 ・ 500 [GeV] では難しい！! ・1レイヤー ・32レイヤー 1日での1セルのヒット数 各セルにヒットした数 layer(91.2GeV) 2日 Layer 各セルで検出したエネルギー[GeV] 一日で1セルにヒットする数は 2layerは 87hit 33layerは 38hit まとめ 1セルに100ヒットほど必要。 91.2[GeV]では一日に110hitとれるため、1日間 でエネルギーキャリブレーションを行える。ただし、 深いレイヤーでは２日ほど。 １週間を目安と考えられる。 200・500[GeV]では数百日とかかるため、 エネ ルギーキャリブレーションを行うことは難しい。 課題 レイヤー依存 ・LayerID 0 ・LayerID 5 ・LayerID 10 ・LayerID 15 ・LayerID 30 エネルギーキャリブレーション 実際の実験においては、同じエネルギーを落し たとしてもチャンネル毎に測定されるエネルギー にばらつきが出てしまう。精密な測定を行うため には、このばらつきを、基準量を用いて正す必要 がある。 基準量としてMIPを使用した。 θ依存(91.2GeV) barrel endcap ・80°～90° ・70°～80° ・60°～70° ・50°～60° ・20°～30° ・10°～20° バレル θ エンドキャップ ＩＰ MIP ピークの位置がず れる。 これはシンチレータを通る 距離が変わるため。 hit 2万イベントで1cellにhitする数 （91.2[GeV]） 2万イベントのMIPのhit数は 865万hit ECALの総cell数は 4200万cell MIPの数 ECALの総cell数 ) は 1cellにhitする数( 0.21hit 少なすぎる！！ MIP カロリメータ MIP カスケードシャワー現象を利用して粒子の位置とエネルギー を測る測定器のこと。 ミューオンとシャワーを起こす前のハドロンをMIPとして用い る。 MIP SELECTION 1セル毎にどれだけのＭＩＰのヒット数を得られれば、 エネルギーキャリブレーションを行えるかを見たい。 ＭＩＰデータのみを取ってくる。 多少MIP以外のデータも含まれて はいるが、個々のイベントのヒット 情報を見た結果、ほぼＭＩＰによる データであると判断。 このデータをＭＩＰのデータとして使 用する。 ＭＩＰ（Minimum Ionizing Particle ） 粒子が物質中を通過する際に、物質との相互 作用によりエネルギーを失う。この粒子の速度 が大きくなると、エネルギー損失はほぼ一定の 値で物質を突き抜ける。このような粒子をMIPと いう。 エネルギー損失一定 基準になる。 突き抜ける 探しやすい。 重心系エネルギー91.2・200・ 500[GeV]でシミュレーション ・反応断面積が大きい 91.2[GeV]を検討。 ・重心系エネルギーを変える度に 面倒な調整が必要 実際に実験で使用する 200・500[GeV]を検討。 エネルギーキャリブレーション ・入射した粒子のエネルギーを測 定する。 ・セル毎に測定されるエネルギーに ばらつきがある。 33レイヤー 粒子 ・基準量を用いてばらつきを正す。 ・エネルギーキャリブレーションを行わないと・・・ ・セルは細分化されているため、イベント毎にヒットするセル が変わってくる。 ・イベント毎に測定されるエネルギーが変わってきてしまう。
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