Linear collider calorimeter R&D -- II

ストリップファイバー電磁カロリメータ　　　　　　　応答一様性、位置分解能、角度分解能

CDF Japan Meeting 2004December,18-19, 2004, Tsukuba

A.Nagano (Tsukuba)

2004/12/19 CDF J Meeting 2004

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目次

応答一様性 横方向電磁シャワーの広がり 位置分解能 角度分解能 シャワー角度再構成 まとめ

2004/12/19 CDF J Meeting 2004

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1st super layer シンチレータを　 0.5mm 　

間隔で分割し、その中を通過した粒子の応答の平均を求め応答の位置依存性を調べた

ドリフトチェンバーの位置分解能

　　　 380 micor m 　 4 GeV π 粒子 (MIP を要求 ) に

ついてシンチレータ　 1 cm　幅方向の応答のばらつきを求めた

1 つのストリップ・シンチレータに対する応答のばらつきは 2.4%

4 GeV π(MIP) 入射の応答一様性

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4 GeV π(MIP) 入射の応答一様性

シンチレータを　 1cm 　間隔で分割し、その中を通過した粒子の応答の平均を求め応答の位置依存性を調べた

4 GeV π 粒子 (MIP 要求 ) についてシンチレータ　 20 cm　幅方向の応答のばらつきを求めた

9-11 ストリップのイベントを重ね合わせた

1 つのストリップ・シンチレータに対する応答のばらつきは 1.6%

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4 GeV 電子 入射の応答一様性

シンチレータを　 1mm　間隔で分割し、その中を通過した粒子の応答の平均を求め応答の位置依存性を調べた

4 GeV 電子についてシンチレータ　 1 cm 　幅方向について奥行き方向の応答の和のばらつきを求めた

X -plane に対する応答のばらつきは 1.1%

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イベントディスプレー

4 GeV 電子のイベントディスプレー

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横方向のシャワーの広がり

積分形の横方向シャワーの広がり I(x) を求める Xdc; チェンバーで求めた位

置 Xi ; i 番目ストリップの位置 　 x = Xdc – Xi 　 x=0 で折り返した P

ulse

hei

ght

(MIP

s) x

XdcXi

dxPHdxPH/=I(x)--∫∫∞

∞

x

∞

+

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横方向のシャワーの広がり　　　　　　　　　ー　 4 GeV 電子と MIP

を比較 ビームテストのデータを用い

た 4GeV 電子と MIP を比較し

た MIP の信号の広がりは電子の

シャワーの広がりに比べて十分小さい

モリエル半径 ρ （半径 ρ の円柱の中に 90% のエネルギーを落とす） ρ= 2.8 cm GEANT3 シュミレーション

の結果 3cm と同等 第 2 スーパーレイヤー（シャ

ワーマックス）で I (x)=0.05 のとき x=1.5 cm

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横方向のシャワーの広がり GEANT3 によるシュミレー

ション結果とビームテストの結果に違いが見られた

この違いは MIP データの応答に広がりがみられることから隣り合うストリップ型シンチレータの光漏れによるものと思われる

GEANT3 4 GeV 電子によるシャワーの広がりをビームテストの MIP データの応答の広がりを用いて smeared function 　を求めた

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横方向のシャワーの広がり

電磁シャワーの横方向の広がりを以下の関数でフィット した

Smeared function を求めた)}2p/xexp(×)3p1(+)1p/xexp(×3p{×4p=)x(I ---

)'x(×)'xx('dx= fII MIPe0

s -∫∞

)x(dx

d)x( If MIPMIP ≡

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横方向シャワーの揺らぎ

横方向シャワーの揺らぎを調べるため、シャワークラスターの RMS を求めた

GEANT3 によるシュミレーション結果とビームテストの結果が一致した

simulation data

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4 GeV 電子入射 シャワーマックスでの位置分解能 シャワーの横方向の広がりか

ら各スーパーレイヤーでシャワー重心を再構成 イベントごとに横方向のシャ

ワーの広がりをガウス分布でフィットし平均を求めた

波高が最大値をとるストリップ・シンチレータを中心として 5 点でフィットした

ドリフトチェンバーで再構成された各スーパーレイヤーでの飛跡の外挿とのずれの分布をガウス分布でフィットして位置分解能を求めた

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位置分解能

1-4 GeV 電子入射 第 2 スーパーレイヤー

( シャワーマックス ) において以下の式でフィットした :

0.2)mm±(0.0E0.02)mm/±(4.53=σ ⊕

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4 GeV 電子入射　角度分解能

再構成されたシャワー重心を奥行き方向に直線フィットして角度分解能を求めた

第 5,6 スーパーレイヤーは応答が小さすぎるので直線フィットに用いなかった

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角度分解能

1-4 GeV 電子入射 X-layer について以下の

式でフィットした

0.5)°±(0.0⊕E0.1)°/±(4.8=σ

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角度測定

カロリメータに対して 0 ~ 16 ° 程度傾けて 4 GeV 電子を入射

θ電子入射

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シャワー角度再構成

実際に傾けた角度とシャワーから再構成された角度のプロットを直線フィットした

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まとめ 応答一様性

4 GeV π(MIP) 入射に対する応答のばらつきは 1cm 幅方向　 1 ストリップ : 2.4 % 20cm 幅方向　 1 ストリップ : 1.6 %

4 GeV 電子入射に対する 1 ~ 6 スーパーレイヤーの応答の和のばらつきは 1cm 幅方向 X レイヤー : 1.1 %

横方向シャワー シャワーの 90% を含む円柱の半径 1.5cm ( シャワーマックス )

　 1~4 GeV 電子、第 2 スーパーレイヤーでの位置分解能

　

1~4 GeV 電子、 x 軸に対する角度分解能　.

0.2)mm±(0.0⊕E0.02)mm/±(4.53=σ

0.5)°±(0.0⊕E0.1)°/±(4.8=σ

Appendix

TrackingLongitudinal shower profile

Spatial resolution

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TrackingPosition distribution

Position distribution at the most down stream chamber.

This beam profile indicates that the beam profile is smaller than the size (5x5 cm) of the nearest trigger counter.

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Tracking Residual distribution

The incident position resolution at the calorimeter surface is evaluated to be 380 micro m

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The response at x=-0.5 cm

The response in a certain region of each scintillator is determined by the mean of the pulse height distribution.

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Longitudinal shower profile

The longitudinal shower profiles for electron data are also consistent with the simulation result.

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Correlation plot at the 2nd super layer The position

calculated by the method is compared with that determined with the drift chamber.

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The position resolution at each super layer