リニアコライダー実験における衝突点回りの測定器の最適化

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1 リニアコライダー実験における衝突点回りの測定器の最適化
平成19年3月9日 佐賀大学 大学院 工学系研究科 博士前期課程 物理科学専攻 藤島 洋之 2007/03/09

2 リニアコライダー全体像 重心系エネルギー：500GeV（1TeVにアップグレード） 全長：約30km
主線形加速器：31.5 MV/m の加速勾配 測定器：GLD（日本），LDC（欧州），SiD（アメリカ） 衝突角：14mrad 2007/03/09

3 リニアコライダーのビーム ILC KEKB No. of e / bunch 2×1010 e- : 5.6×1010
sigmax 495nm 110mm sigmay 3.5nm 2.0mm リニアコライダーのビームは非常に小さい 2007/03/09

4 バックグラウンド ペアバックグラウンド ルミノシティを上げるためにビームサイズを極限まで小さくしたのでQEDの効果により非常に多くの電子対生成が起こる。 バックグラウンドがあると目的の粒子の情報が得られない可能性があるのでなるべく減らしたい。 Detector Tolerance VTX 1×104 [hits/cm2/train] TPC 4.92×105 [hits/50msec] 2007/03/09

5 Global Liner collider Detector
GLDの構成要素 ・崩壊点検出器（VTX） ・インナートラッカー（IT） ・中央飛跡検出器（TPC） ・カロリーメータ（CAL） ・マグネット ・ミューオン検出器 ・リターンヨーク 2007/03/09

6 IRデザインの最適化 ペアバックグラウンドはほとんどPtを持たない。 ソレノイド磁場
IPで発生するペアバックグラウンドをExtractionホールに導く Extractionホールの半径 ビームカロリーメータからの後方散乱に影響する FCALの内径 TPCのバックグラウンドに影響する 2007/03/09

7 ソレノイド磁場の最適化 e- e+ e- e+ Anti-DID 測定器に2つのDipoleを組み合わせて入れる。
低エネルギーの荷電粒子をExtraction holeに導く。 plain solenoid solenoid with anti-DID high high Low Low Low E の粒子をExt. holeに入れたい。 そのためにanti-DIDの強さを変えてシミュレーションを行った。 e- e+ e- e+ 2007/03/09

8 Andreiのanti-DID X-Z平面 ビームライン上の(z,Bz,Br,Bx_serpentine)があり3次元へ拡張する。
Bx = Br_x + Bx_serpentine　(Bx_serpentineの符号は+,-で反転) By = Br_y Bz = Bz Br_x = r / d ×Br cosf Br_y = r / d ×Br sinf （d = z･tanq） Z軸 Bz ビームライン Br_x + Bx_serpentine X-Z平面 2007/03/09

9 anti-DIDの最適化 Maximum anti-DID fieldが0.028[T]のときに最もExtraction holeに抜けていった。 Andreiによる最適化 プログラムにミスを含んでいたため振る舞いが違う。 （1bunch分のデータを利用） 2007/03/09

10 anti-DIDソレノイド x-y分布 Y [cm] X [cm] Andreiのanti-DIDを最適化したときのL*でのx-y分布。
Andreiのanti-DIDを1.2倍したときに0.028[T]となる。 左がExtractionホール。 Z=450cm RExt=18mm Extraction Hole X [cm] 2007/03/09

11 VTXヒット tolerance Nominal plain:20bunch Nominal anti-DID:10bunch
Low P plain:1bunch Nominalではanti-DIDの効果で1/2に減少したが、plainでも十分許容値を下回っている。バックグラウンドが多いと予想されているLowPでも下回っている。 2007/03/09

12 VTX hit dist. Nominal anti-DID付きソレノイドのヒット分布 Layer 1 Layer 2 2007/03/09

13 TPCヒット tolerance TPC Exact hits TPC digital hits Nominal plain:20bunch
Nominal anti-DID:10bunch Low P plain:1bunch 2007/03/09

14 Extractionホールの最適化 ホールの口径：ビームカロリーメータから出るgammaの量に関係する。
Hole Radius [mm] No. of bunch 13 2.2 5 1.8 15 8 3.1 18 10 20 anti-DID付きでシミュレーション 2007/03/09

15 FCALの内径の最適化 FCALにはBCALから来るgammaをTPCに入れないようにする副次的効果がある。
口径の初期値は計算から導いたもので、これをシミュレーションで確かめる。 FCAL CH2Mask BCAL FCAL Inner Radius Support Tube 2007/03/09

16 FCALの内径の違いによる効果 TPCに入射した粒子数 anti-DID付きソレノイドで約10bunch分をシミュレーション。
初期値は80mm。 データ不足により依存性が見えない。 2007/03/09

17 要約 Nominalでanti-DIDは必要ではない Extractionホールの口径は大きくしすぎるとVTXのヒットを増やしてしまう
LowPは1bunch分のシミュレーションなので不要とは言い切れない Extractionホールの口径は大きくしすぎるとVTXのヒットを増やしてしまう 最適化にはさらにデータを積むべき データ生成には非常に多くの時間が掛かる 2007/03/09