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
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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
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リニアコライダーのビーム
ILC
KEKB
No. of e / bunch
2×1010
e- : 5.6×1010
e+ : 7.9×1010
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
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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。
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Detector
Tolerance
VTX
1×104 [hits/cm2/train]
TPC
4.92×105 [hits/50msec]
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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
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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
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ソレノイド磁場の最適化
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。
high
high
Low
Low
e- e+
plain solenoid
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e- e+
solenoid with anti-DID
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Andreiのanti-DID
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
Br_x = r / d ×Br cosf
Bz = Bz
Br_y = r / d ×Br sinf (d = z・tanq)
Z軸
Bz
Br_x + Bx_serpentine
ビームライン
X-Z平面
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anti-DIDの最適化
Pairs directed to extraction
hole [%]
26mm Extraction hole
62
61
60
59
58
0.023
0.025
0.027
0.029
0.031
0.033
Maximum anti-DID field [T]
0.035
Maximum anti-DID fieldが0.028[T]のときに
最もExtraction holeに抜けていった。
(1bunch分のデータを利用)
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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。
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anti-DIDソレノイド x-y分布
Y [cm]
Extraction
Z=450cm
RExt=18mm
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。
Hole
左がExtractionホール。
X [cm]
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VTXヒット
VTX hits [hits/cm^2/train]
tolerance
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
Nominal plain
Nominal anti-DID
LowP plain
Nominal plain:20bunch
Nominal anti-DID:10bunch
1
2
3
4
5
6
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。
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TPCヒット
TPC hits [hits/50μsec]
tolerance
500000
Nominal plain
Nominal anti-DID
LowP plain
450000
400000
350000
300000
250000
200000
150000
100000
50000
TPC Exact hits
0
TPC tolerance
TPC digital hits
Nominal plain:20bunch
Nominal anti-DID:10bunch
Low P plain:1bunch
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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
2.2
8
3.1
18
2.2
10
3.1
20
2.2
anti-DID付きでシミュ
レーション
VTX hits [hits/cm^2/train]
TPC digi. hits [hits/50μsec]
10000
9000
500000
450000
400000
350000
300000
250000
200000
150000
100000
50000
0
Layer
Layer
Layer
Layer
Layer
Layer
8000
7000
6000
5000
4000
1
2
3
4
5
6
3000
2000
5
10
15
Hole Radius [mm]
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20
1000
0
5
10
15
Hole Radius [mm]
20
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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
FCAL Inner
Radius
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CH2Mask
BCAL
Support Tube
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FCALの内径の違いによる効果
140
120
origin
100
80
60
40
20
0
60
70
80
90
100
110
R[mm]
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。
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要約
• Nominalでanti-DIDは必要ではない
– 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
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