STOF check.

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1 STOF check

2 Modification SDC3とSDC4の距離を広げる: 750mm→1050mm ⇒この時のSTOFの縦のサイズは十分か?
(距離を広げると運動量分解能が上がる)

3 STOF hit pattern 1 1.4 GeV/cのpをターゲットで等方的に生成
SDC3&4 750mm SDC3&4 1050mm 1.4 GeV/cのpをターゲットで等方的に生成 STOF size: 2240mm×1000mm (70mm seg×32) 750mmと広げた1050mmではほとんどhit patternは同じ ⇒SDC3と4の間を広げてもSTOFの長さは問題ない Outside inside Outside inside

4 STOF hit pattern 2 SDC3&4 750mm SDC3&4 1050mm 4He(K, p)反応(pK=1.5 GeV/c)で生成するpに対してhit patternを確認(角度をLab系で±20°に振ってpを生成) 分布はSTOFの中心を通り、対称(こうなるように配置しているので) 20°まで取れれば良いので、大きさは十分 Outside inside Outside inside

5 STOF hit pattern 3 Measured 2.7 T map Calculated 2.7 T map Outside
inside Outside inside 測定磁場と計算磁場を比較。計算磁場ではSKSの外側を通る粒子で Ｙ方向の収束が強くなる(4He(K, p)反応(pK=1.5 GeV/c)でチェック)

6 STOF gap 隙間の効果はどれだけか？⇒2mmほど空けてみる No gap 2 mm gap 0.75m : 128305±358
w/o energy deposit 0.75m : ±358 w/o energy deposit 2.8 ± 0.4 % 減 4.1 ± 0.4 % 減 0.75m : ±354 w/ energy deposit 0.75m : ±351 w/ energy deposit Hit 単にSTOFを通る粒子の数は変わらない ⇒エネルギー損失を考えると、隙間やシンチの薄い所を通ってエネルギー損失が小さいものを数え落とすことになる

7 STOF gap No gap 2 mm gap 隙間の無いSTOFでもエネルギー損失が小さいイベントがある
隙間が増えると、このようなイベントが増加 ⇒STOFを2 layerにして、各セグメントを互い違いに配置すればこれらのイベントは救える

8 BT size STOFのサイズ (2240mm×1000mm)は十分でSDC3とSDC4の距離が1 m (今0.75 m)でも大丈夫。
BT 1 segment: 85×2000×50 (x,y,z) → 半分 85×1000×50 (x,y,z) ∴28 segment = 2380×1000×50 (x,y,z) 但し、重ねるとするともう1か2 segment必要

9 Time resolution -1.5 GeV/c
100 ps(rms) 150 ps(rms) 200 ps(rms) 300 ps(rms) K: K beam, p: 4He(K, p)

10 Time resolution -150 ps(rms)
1.1 GeV/c 1.3 GeV/c 1.5 GeV/c 1.8 GeV/c K: K beam, p: 4He(K, p)

11 Time resolution -100 ps(rms)
1.1 GeV/c 1.3 GeV/c 1.5 GeV/c 1.8 GeV/c K: K beam, p: 4He(K, p)

12 BH2 size ビームプロファイルはsx=20 mm, sy=3 mm ⇒十分範囲を覆うには160 mm×25 mm必要(4s程度)
E13実験の場合、1 segment でも可能　(700 k/spill) 複数用いるならば構造的には左図のように重ねる 前 横 Beam PMTとライトガイドを付けると 横長になる ⇒400mm程度か

13 BH2配置 BAC2 Beam BH2 BAC1 ターゲット SAC 200mm 100~300mm
BACの幅を大体で考えると、BH2の位置はターゲット中心から150~300mmとなる。 ⇒位置的には丁度HBJフレームの入り口あたりで良い 250~350mm HBJフレーム~300mm

14 Summary STOFの縦サイズは1000mmで十分 設置位置はSDC3と4の間隔が1mになっても問題なし
BTを半分にしたものが28 segmentで作成可能 (重ねると30 segment程度) 時間分解能は150 ps(rms)だけ必要(1.8 GeV/cだと100 ps(rms)) BH2はHBJの入り口外に置く BD3,4との距離は大丈夫か？

15 SKSのトラッキングに使っているカウンター（大きなもの）は、もともと K/π/p がTOFで分離できれば、
それ以上の分解能改善の要求が薄かったのでそれほどよい分解能をぎりぎりまで引き出しているわけではありません。 SKSは凝ったトリガーを作っていて、そのNIMロジックでの決定時間が長いために、 カウンター系のADC/TDC のラインは、90-100Mとかの非常に長いBNCケーブルを使って 信号を送っているので、現場にdiscriminator を設置しない限り、FWHM sub 100ps級の分解能はでていないと思います。　 よく見るπ/K/p の分離の質量分布と、720MeV/c程度であるという運動量から逆算すると、たぶんσ＝150ps でてないと思います。 また、あのTOFカウンターの形状（100cm×7cm×2-3cm厚を、H1949で両読みしているからみて、現場にdiscri を設置して、 ノイズをちゃんと Vp-pで2mV 以下とかまで落して運転しても、σ=70ps よりいい分解能の確保は困難だと思います。 ハイパー核の寿命の測定に関連して、小型(4-5cm幅×25cm程度）のカウンターを3/4インチのPMTで読みだして分解能を確保 るってのは論文にまとめていて、NIM A372 (1996) にでていますのでご覧ください。 これを用いて、Start-Stop 全体で、かつ長期のランにわたって　σ=80ps を 最終的な時間分布として得ていましたので、おのおののカウンターは30-50ps程度で運転できていました。 (とくにスタート側は数MHz の高レート環境下での運転だったので、どこまでlow gain operation できるかとか、 詳細に調べた結果が、このNIMには書いてあります） 全幅100ps 級の数字は短時間での達成は比較的容易なんですが、このレベルで1月とか維持するには、 十分な統計のcalibration process が、ビームタイム中に、確保されていて、 そのカウンターの、そのランでの時間オフセットがわかっていないと、 ケーブルの長さが昼夜で伸びたり短くなったりする影響などが見えて、オフセットは100psを大きく超えて動きます。　 実は一番難しいのはこっちなので、短時間テストベンチで分解能でていても長期に維持は結構至難です。 でかい1m級の TOFカウンターについては、古いものになりますが、いくつかお勧めのPaper があるので、 昔KEKで”勉強会”なるものをやっていたときに、課題にしたものでも下記にくっつけておきますのでご覧ください。 このあたりの論文読んでまだわからないことがあったらまたどうぞ。 （たぶんあんまり難しいことになると私もわからないと思いますけども） 応田治彦（理研）