国際リニアコライダーでの実験のための 革新的測定器システムの開発研究

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1 国際リニアコライダーでの実験のための 革新的測定器システムの開発研究
東北大学大学院理学研究科 山本　均

2 ILCの測定器での観測例 シャワー測定器 反応点測定器 飛跡測定器 ヒッグス粒子の生成・崩壊の様子 （シミュレーション） 7.5m 4m
超伝導コイル 12cm

3 この研究計画 新しい物理原理の解明 ＊真空の本質 ＊ダークマター ＊超対称性原理 ＊余剰時空の構造 ＊日本のリーダーシップ
国際リニアコライダー ＊日本のリーダーシップ ＊国際的な若手の養成 高分解能測定器 この研究計画 最適化 要素開発 反応点測定 飛跡測定 シャワー測定 ＊他分野への波及 　医療、光通信、 　X線結晶学、、、 FPCCD MPGD MPPC 最新鋭検出素子の開発・実用化

4 ILCのための測定器開発 チャレンジ 現在最新鋭の測定器（LHC）との比較 反応点測定器 ピクセルの細かさ（面積） 1000倍
ピクセルの細かさ（面積）　　　1000倍 測定器の物質量　　　　　　　　 1 / 30 位置測定精度　　　　　　　　　　30倍 飛跡測定器 測定器の物質量　　　　　　　　 1 / 6 運動量の測定精度　　　　　　　　10倍 シャワー測定器 セルの細かさ（面積）　　　　　 200倍 最新鋭の検出素子を開発する事で達成。

5 Phase 1 : 要素開発 Phase ２ : 中大型プロトタイプ 反応点 測定器 飛跡 測定器 シャワー 測定器 平成１８年度
平成１９年度 平成２０年度 平成２１年度 平成２２年度 FPCCD基本設計 反応点 測定器 小型プロトタイプ 中型プロトタイプ 大型プロトタイプ 実機の工学設計 MPGD素子開発 小型試験装置 飛跡 測定器 エンドプレート設計 エンドプレート製作 試験　 (ヨーロッパと共同） 実機の工学設計 MPPC素子開発 シャワー 測定器 プロトタイプ設計 プロトタイプ製作 ビーム試験（欧米と共同） 実機の工学設計

6 シャワー測定器・プロトタイプ MPPC 目標：ビーム試験 吸収体、構造体 細かいセル 新素子を使った読みだし エネルギー分解能を評価
(1m)3, 40層, 5cm厚の鉄 ヨーロッパとの共同 細かいセル シンチレータータイル 　　＋ストリップ型 ４cm×４cm １cm×~16cm 新素子を使った読みだし Multi-Pixel Photon Counter (MPPC) 25000チャンネル 　(実機は1000万チャンネル）

7 MPPC (Multi-Pixel Photon Counter)
最近発明された光検出素子 ~1mm 浜松ホトニクスとの共同開発 高光検出効率 : 〜60% 高gain ：~ 106 高速 : 時間分解能：〜50ps 低電圧：〜60V 磁場内で作動 : 5テスラOK この研究での課題 ダイナミックレンジ 感光面積 作動電圧領域 光検出に革命を起こす可能性大 安価：100~500円 光電子増倍管にとって代わる NMR,PETなど 光通信、衛星測定器などに新しい応用 波高分布

8 Micro-Pattern Gas Detector (MPGD)
ワイヤに取って代わる電子検出器。 サイエナージー（株）との共同開発。 GEM (Gas Electron Multiplier) を主に開発。 Goals : 増幅率の向上 大面積化、最終的に20m2をカバー Fine-Pixel CCD (反応点測定器） 我々独自のアイデア ピクセル：20mm角→ 5mm角 全空乏型（拡散を押さえる） 薄型化：300mm → 50mm 高速読みだし：1port → 32port 放射線耐性 GEM （飛跡測定器用） 200mm 50mm 1.5cm

9 k$ 米、欧、アジアを核とした３つの測定器研究グループが競争／協力. 日本の最新技術、優秀な人材によるリーダーシップに国際的な期待.
SiD（米） LDC（欧） GLD（アジア） k$ ILC測定器開発資金（今後４年間） （現在確定しているもの。人件費は除く） Worldwide Study R&D panel report, 2006/1

10 GLD測定器 研究参加 １６カ国 ７７大学・研究機関 ２２４名
１６カ国　７７大学・研究機関　２２４名 #大学・機関 日本　 ２８ 韓国　　 ８ 中国　　 ５ インド　 ４ 台湾　　 ２ フィリピン　 ２ オーストラリア ２ シンガポール　 １ ベトナム　　 　１ #大学・機関 イギリス　 ５ ドイツ　　　 ３ イタリア　　 ２ オランダ　 １ ロシア　　　 １ #大学・機関 アメリカ 　 １１ カナダ　　 １ 参加人数　国別内訳 GLD測定器　研究参加大学・研究機関

11 GLD Leadership Executive board Contact people S. Yamashita - 最適化
A. Miyamoto - software/reconstruction Y. Sugimoto - 反応点測定 H.-J. Kim - intermediate trackers A. Sugiyama, R. Settles - 飛跡測定 T. Takeshita - シャワー測定 T. Tauchi - Machine-detector interface H. Yamaoka - magnet/support P. LeDu - Data Aquisition M. Thomson - space/band-width Contact people Asia H. Yamamoto H. Park America M. Ronan G. Wilson Europe R. Settles M. Thomson ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ この研究計画の研究分担者

12 本研究計画 これまでの限界を打ち破る 最新鋭の粒子検出器の創成 世界から強く期待される 日本の最新技術と人材 広がる可能性 プロトタイプ
新しい物理原理の解明 ＊真空の本質 ＊ダークマター ＊超対称性原理 ＊余剰時空の構造 これまでの限界を打ち破る 最新鋭の粒子検出器の創成 国際リニアコライダー 世界から強く期待される 日本の最新技術と人材 ＊日本のリーダーシップ ＊次世代を担う若手の養成 世界の研究者で目指す 次世代の素粒子実験 国際リニアコライダー 高分解能測定器 本研究計画 最適化 要素開発 プロトタイプ による実証研究 反応点測定 飛跡測定 シャワー測定 広がる可能性 新しいタイプの 高密度・高精度 測定素子の実用化 ＊他分野への波及 　医療、光通信、 　X線結晶学、天文 FPCCD MPGD MPPC 最新鋭検出素子の開発・実用化

13 Backup Slides

14 研究計画 飛跡測定器 (TPC: Time Projection chamber)
Micro-Pattern Gas Detector (MPGD) の開発 電子検出面の設計、製作 EUDET による設備で評価 反応点測定器 (VTX) Fine-Pixel CCD (FPCCD) の開発 小、中、大型プロトタイプの製作、 　評価 シャワー測定器 (CAL) Multi-Pixel Photon Counter (MPPC) 　の開発 プロトタイプの設計、製作 欧米との共同による試験 　（EUDET) 最適化 (OPT) 　主にクォーク再構成のシミュレーション

15 シャワー測定器内のシャワー生成の様子

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17 Worldwide Study on Physics and Detector for Linear Collider
ILC測定器研究組織図 Worldwide Study on Physics and Detector for Linear Collider (WWS) J. Brau (米） F. Richard (欧) H. Yamamoto (アジア） 共同議長 加速器 組織委員会 GDE MDI R&D DCR編集 ..... SiD LDC GLD 各種委員会 測定器研究グループ

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19 EUDET EU funded 4-year program (‘Integrated Infrastructure Initiative’) to improve infrastructure for ILC detector R&D total budget 21.5M€, EU-funded: 7M€ Coordinating Lab: DESY – Participants from all over Europe Magnet from Japan (good example… more of that, please) Workpackages on - Testbeam Infrastructure - Tracking Infrastructure - Calorimetry Infrastructure - Common tasks (Software, Computing, Chip-Design) p. 19 This infrastructure is open to the world! Klauss Desch

20 Internationl Linear Collider Timeline
Global Design Effort Project Baseline configuration Reference Design Technical Design ILC R&D Program Expression of Interest to Host International Mgmt Barry Barish