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RHIC-PHENIX実験におけるp+p衝突実験のための

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Presentation on theme: "RHIC-PHENIX実験におけるp+p衝突実験のための"— Presentation transcript:

1 RHIC-PHENIX実験におけるp+p衝突実験のための
鶴岡裕士/筑波大学/TAC/2002年1月23日 筑波大学大学院博士課程 数理物質研究科修士論文 RHIC-PHENIX実験におけるp+p衝突実験のための 衝突検出器の設計と開発 数理物質科学研究科2年次  鶴岡裕士     指導教官         三明康郎 1.目的 2.設計 3.テスト実験(KEK) 4.製作、インストール 5.p+p衝突データ 6.まとめ

2 1ー1 RHIC-PHENIX実験 p + p 衝突実験 新たなトリガーカウンターが必要 1 目的 Au + Au 原子核衝突実験
1 目的 Au + Au 原子核衝突実験  米国ブルックヘブン国立研究所(BNL)、 高エネルギー重イオン加速器(RHIC)にて    2000‥           2001‥ クォーク・グルーオン・プラズマ(QGP)       の生成・探求が目的 PHENIX p + p 衝突実験  2001、12月 ~  同一検出器の使用によって、  p+pとA+Aの比較における系統誤差を小さくする 新たなトリガーカウンターが必要

3 1-2.既存の衝突検出器 σ~115ps 1 目的 Vertex トリガーカウンター Beam Beam Counter
1 目的 トリガーカウンター Beam Beam Counter 広島大 ΔT~40ps ストップカウンター Time Of Flight  筑波大 ΔT~80ps σ~115ps Vertex Beam Line TOFmeasured – TOFexpected [ns] 右図 清道明男氏作成

4 tof w. bbc-or-trigger / tof tof w. bbc-or-trigger / tof
1-3.なぜ、新たなトリガーが必要か?  2000年4月 1 目的 ① TOFにHitするEventの収集効率を上げる ① BBCでは、ΔTが悪い TOF BBC PMT128本中 Au+Au <100本  , p+p ~3本 ~33% ~10% T0 BBC tof w. T0-trigger tof w. bbc-or-trigger ② BBCでは、EventにBiasがある BBC T0 Au+Au ~100% p+p (RQMD) 42% 29% p+p (Pythia) 51% 36% ALL 粒子数 tof BBC trigger tof w. T0-trigger / tof tof w. bbc-or-trigger / tof pt tof w. bbc-or-trigger / tof 表、下図 小野雅也氏、江角晋一氏作成 T0 bbc tof w. T0-trigger / tof

5 2ー1.Time Zero Counter の設計 2000年4~6月
2 設計 B ~3k Gauss , 30° R=60m Beam Beam 1m z R s(dp/p) with T0 without T0 粒子識別されたハドロン測定のために 長さ1mで ΔT<80ps Optical Monte Carlo Simulation 高磁場下で運用可能 磁場中でのPMTのテスト no mult. scatt. momentum (GeV/c) GEANTによるシミュレーション         厚さ1.5cmのシンチレータを使った場合 左下図 團村絢子氏作成

6 2ー2.Optical Monte Carlo Calculation 2000年6月
2 設計 もし光電子が発生したら、1光電子分のパルスを生成 : Reflectance ※ n : # of reflect λ : Attenuation length V(t) photon disappear or none R V(t) threshold T1    +      T2          +   T3   = Tt Tt    T T1 : Time for scintillator to emit photon                Rise Time = 0.7 ns , Decay Time = 1.8 ns T2 = ( Optical path ) / c T3 : Transit Time and T.T.S in PMT                  Transit Time = 9.5ns , T.T.S = 440 ps TDC Time Resolution ※ Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 349 (1994)

7 厚さ2cmのシンチレーターで、時間分解能~60ps
2ー3.Optical Monte Carlo の結果  2000年6月 2 設計 ⊿TL ⊿TR x [cm] πー t=1cm t=2cm t=3cm 厚さ2cmのシンチレーターで、時間分解能~60ps

8 2ー4.PMT‥磁場に対する性能評価 2000年10月 R5924 浜松ホトニクス Fine Mesh 型 PMT 30° 15° 0°
2 設計  R5924  浜松ホトニクス  Fine Mesh 型 PMT  T.T.S ~ 440ps  gain 105~107 1 相対的な増幅率 30° Open V Close V 15° Laser B θ HV -2000V ‥‥ ~40Npe   V ‥‥ ~160Npe 0.1 時間分解能 [ps] 60 15° 50 30° 40 30 高磁場中でも、動作可能 磁場 [ k Gauss ] 電磁石提供  KEK 佐藤任弘先生

9 3ー1.KEKテストビーム実験 2000年12月 セットアップ 2GeV/c pi- beam π- start1 start2 veto
3 テスト実験 セットアップ 2GeV/c pi- beam start1 start2 veto define1 define2 T0 B-field π- KEK , T1ビームライン , No. T-479

10 3ー2.得られた分布 2000年12月 ST1-ST2 Slewing correction 50ps TDC ST1-T0 ST2-T0
3ー2.得られた分布   2000年12月 3 テスト実験 ST1-ST2 T0: 59ps ST1: 39ps ST2: 31ps Slewing correction 50ps TDC ST1-T0 ST2-T0 71ps 67ps ADC 10

11 3ー3.KEKテスト実験の結果 2000年12月 時間分解能 ~60psec 磁場の影響は少ない 時間分解能 [ psec ]
3 テスト実験 ⊿TL ⊿TR x [cm] πー B ⊿T 50 cm ΔTL ΔTR ΔT ΔTL ΔTR ΔT   2×2 OUT   2×2 IN   2×8 Open - Monte Carlo Close – KEK test ⊿T [25pse] 時間分解能 [ psec ] B [Gauss] 時間分解能 ~60psec x [cm] 磁場の影響は少ない 11

12 4ー1.製作   2001年4~10月 4 製作・インストール 12

13 4ー2.インストール   2001年11月末 4 製作・インストール 13

14 5ー1.陽子・陽子衝突で得られた分布 2001年12月 MIP 1m T0 Counter は正常に動作している 5 p+p実験データ
5ー1.陽子・陽子衝突で得られた分布 2001年12月 5 p+p実験データ MIP Energy Loss [MeV] T0TZC – T0BBC [ns] 1m T0 Counter は正常に動作している Z position [cm] 14

15 5ー2.Calibrationの現状 1 2 5 6 1. Time Conversion parameter
5 p+p実験データ 1. Time Conversion parameter 2. Charge Conversion parameter 3. TVC/QVC pedstal 4. Light velocity in scintillator 5. Z position Offset 6. Energy loss Conversion factor 7. Time Offset MIP 8. Slewing Parameter 9. Global Time Offset Energy Loss [MeV] ⇔QVC[ch] Z [cm] Blue : complete Orange : Rough (as first order) Gray : after we get the track We will construct offline software to get the track. 2002年1月 15

16 T0 Counter は trigger として有効
5ー3.トリガーカウンターとしての役割 2002年1月 5 p+p実験データ pp collision  ~70 BBC trigger 33 T0 trigger 15 24 9 6 # of T0 Hit (with BBC trigger) BBC T0 p+p (RQMD) 42% 29% p+p (Pythia) 51% 36% T0 Counter は trigger として有効 16

17 5ー4.陽子・陽子衝突での粒子識別 2002年1月 T0 Counter は 粒子識別に成功 5 p+p実験データ # of T0 Hit
5ー4.陽子・陽子衝突での粒子識別  2002年1月 5 p+p実験データ # of T0 Hit (with BBC trigger) T0 Counter は 粒子識別に成功 清道明男氏 作成 2002年1月22日 17

18 6.まとめ 6 まとめ PHENIX実験 p + p 衝突用トリガーカウンター( Time Zero Counter )を
6 まとめ  PHENIX実験 p + p 衝突用トリガーカウンター( Time Zero Counter )を   設計・製作、そしてPHENIX検出器にインストールした。  高磁場用Fine Mesh 型 PMT(R5924 HAMAMATSU)の磁場に対する性能評価を  KEKにて行った。  Fine Mesh 型 PMT とシンチレーター(BC404)を組み合わせることにより、  トリガー及びスタートタイミングを高磁場中で得ることができた。  時間分解能は~60psecを達成し、モンテカルロシミュレーションと近い値を得た。  p + p 衝突実験において、Time Zero Counter は新たな衝突検出器として  正常に動作しており、TOFを用いて、粒子識別を行うことができた。 今後の課題  より正確にCalibration Parameterを求め、粒子識別の精度を上げる。 18

19

20 1-1.p+pデータの活用例 鶴岡裕士/筑波大学/TAC/2002年1月23日 The A+A collision as a sum of independent nucleon-nucleon (N+N) collisions. RAA 2 1 2 4 pT (GeV/c) Suppression of Hadrons with Large Transverse Momentum Phys. Rev Lett. 88 , , (14/Jan/2001) K.Adcox et al. (PHENIX Collaboration) 18

21 1-2.既存の衝突検出器 σ~90ps Vertex トリガーカウンター Beam Beam Counter
鶴岡裕士/筑波大学/TAC/2002年1月23日 トリガーカウンター Beam Beam Counter ストップカウンター Time Of Flight 広島大 ΔT~40ps  筑波大 ΔT~80ps σ~90ps Vertex Beam Line TOFmeasured – TOFexpected [ns] 右上図 清道明男氏作成

22 2ー3.シンチレーターの厚さは? BICRON BC-404 2cm×8cm×1m γ→e+e- の確率 時間分解能 ⊿TL ⊿TR
鶴岡裕士/筑波大学/TAC/2002年1月23日 BICRON BC cm×8cm×1m  γ→e+e- の確率  時間分解能 0.5×0.5 [cm2] 0.8×0.8 [cm2] 1.2×1.2 [cm2] 1.5×1.5 [cm2] 厚さ GEANTより 放射長より 2.0 cm 2.5 % 2.4 % 2.5 cm 2.8 % 3.0 % 3.0 cm 3.4 % 3.5 % ⊿TL ⊿TR x [cm] πー charged particle x [cm] 左図 Nucl. Instr. And Meth in Phys. Res. A347(1994)  、 右図 小野雅也氏作成

23 2ー3.ライトガイドの決定 鶴岡裕士/筑波大学/TAC/2002年1月23日 L=10 , 18 cm

24 Plastic Schintillator
2ー5.対生成電子測定のために 鶴岡裕士/筑波大学/TAC/2002年1月23日 PMT Photon Conversion Rejecter WLS-fiber (BCF-92) Plastic Schintillator (BC 404,BC408) Efficiency = 83.4 ± 0.2 % 團村絢子 自然学類卒業論文(2001年)より


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