Geant4による細分化電磁 カロリメータのシミュレーション

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1 Geant4による細分化電磁 カロリメータのシミュレーション
2010/2/22 卒業研究発表会 高エネルギー研究室 山浦　弥

2 目次 ILC実験と測定器 細分化電磁カロリメータ 研究概要 エネルギー分解能 Geant4 エネルギー分解能のシミュレーション まとめ

3 ILC実験と測定器 ILC…電子・陽電子 線形衝突型加速器 e e 光子や電子のエネルギーを測定する 装置がカロリメータ
+ - e Higgs粒子などの精密測定が目的 エネルギーや運動量から測定 光子や電子のエネルギーを測定する 装置がカロリメータ ILD ILCの測定器案

4 電磁カロリメータ 電子や光子のエネルギーを 測定する装置 電磁カスケードシャワーを利用 e- 吸収層 シャワーの発達とエネルギーの吸収
入射電子のエネルギー[GeV] 検出したエネルギー[MeV] 電子や光子のエネルギーを 測定する装置　　 電磁カスケードシャワーを利用 e- γ e+ 　　吸収層　　 　　　　シャワーの発達とエネルギーの吸収 吸収層 重い金属 (Pb,Wなど)‏ 検出層 シンチレーション光 を測定(シンチレータ)‏ 検出層 　　入射粒子のエネルギーに比例した 　　シャワーのエネルギーを測定

5 細分化電磁カロリメータ シンチレータを細分割 ジェット中の荷電粒子と 中性粒子を分離したい Higgs粒子などは終状態で多数の
粒子を含む粒子群(ジェット)を作る ジェット中の荷電粒子と 中性粒子を分離したい シンチレータを細分割 吸収層にタングステン 検出層にシンチレータ(1cm×4.5cm×0.3cm)‏ 一つ一つのシンチを 反射材で覆う 1cm×1cm MPPC 細分化 異なる粒子由来 のシャワー 直交して並べることで さらに細かくできる 波長変換ファイバー

6 研究概要 シンチレータの細分化によって反射材分の 隙間が生まれる MPPCを収める溝も無視できない
　隙間が生まれる MPPCを収める溝も無視できない エネルギー分解能(σ/E)への影響を調べる Geant4というシミュレータでシミュレーションした σ E 検出層に落ちたエネルギーの総和[MeV] 個 数 60GeVの電子を 入射したときの ヒストグラム ガウス分布 γ e+ e - 1,3,5,10,20,30, 40,50,60GeV 1000個

7 エネルギー分解能 統計項 < 15% 定数項 < 1% エネルギー分解能(σ/E)‏ ILCの目標 カロリメータの基本性能
測定するエネルギーの揺らぎ (統計項)：:統計的な揺らぎ (定数項)：エネルギー漏れ 　　　　　 による揺らぎ ILCの目標 統計項 統計項 < 15% 定数項 < 1% 5GeV 1GeV エネルギー分解能σ/E 10GeV 60GeV 3GeV 定数項 (入射電子のエネルギー)‏ -1/2 [GeV ] -1/2

8 Geant4 物質と粒子の相互作用をシミュレーションするソフトウェア 粒子の失ったエネルギーを計算 e- γ e+ Geant4

9 エネルギー分解能の測定 シンチレータ間隔を変える(0mm〜1.0mm)‏ MPPCの溝は考慮しない 統計項[%] 定数項[%]
18.0 3.0 2.5 17.0 2.0 定数項[%] 統計項[%] 16.0 1.5 15.0 1.0 14.0 0.5 13.0 -0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 -0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 シンチレータ間隔[mm] シンチレータ間隔[mm] シンチレータ間隔が0.2mmまでは定数項も統計項も目標値より小さい

10 エネルギー分解能の測定 MPPCの溝の深さを変える(0mm〜3.1mm)‏ 溝の横幅は固定(4.6mm)‏ 4.6mm
シンチレータ間隔は考慮しない 3.0 18.0 2.5 17.0 2.0 統計項[%] 定数項[%] 16.0 1.5 15.0 1.0 14.0 0.5 13.0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 MPPCの溝の深さ[mm] MPPCの溝の深さ[mm] 溝の深さが0.9mmまでは定数項も統計項も目標値より小さい

11 エネルギー分解能の測定 シンチ間隔とMPPCの溝の大きさ を両方変える 統計項[%] 定数項[%]
:溝なし :溝の大きさ1.4mm×4.6mm(従来)‏ :溝の大きさ0.9mm×2.5mm(新型)‏ :溝なし :溝の大きさ1.4mm×4.6mm(従来)‏ :溝の大きさ0.9mm×2.5mm(新型)‏ 18.0 3.0 2.5 17.0 2.0 統計項[%] 定数項[%] 16.0 1.5 15.0 1.0 14.0 0.5 13.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 シンチレータ間隔[mm] シンチレータ間隔[mm] 誤差を考えると新型のシンチレータで間隔が0.2mmまでが目標値に近い

12 シンチレータの隙間やMPPCの溝が大きいと分解能は悪い 今後は溝の小さいシンチレータで研究を進めるべき
まとめ Geant4で細分化電磁カロリメータに電子を入射し 　エネルギー分解能を調べた シンチレータ間隔によるエネルギー分解能への影響 MPPCの溝の深さによるエネルギー分解能への影響 間隔と溝の両方によるエネルギー分解能への影響　　　 間隔が0.2mmまでは目標値以下 溝の深さが0.9mmまでは目標値以下 溝の大きさが0.9mm×2.5mmのシンチが目標値付近 シンチレータの隙間やMPPCの溝が大きいと分解能は悪い 今後は溝の小さいシンチレータで研究を進めるべき