ooo- o---ps ps invisible 崩壊の探索Ⅱ
TRANSCRIPT
oooo----Ps Ps Ps Ps →→→→ invisibleinvisibleinvisibleinvisible崩壊の探索ⅡⅡⅡⅡ～検出器の製作～
是木玄太
難波俊雄、兼田充、浅井祥仁、小林富雄
東京大学素粒子物理国際研究センター
日本物理学会第61回年次大会 愛媛大学・松山大学 2006/03/27 1
Contents
• 目的
• 4πDetectorの設計
• 実際使うCsI(Tl)、NaI(Tl)について
• 期待される感度の評価
• まとめ
2
目的(1) 511keVのγ2発を確実に捕らえるため、全立体角を覆うDetector(CsI(Tl)30本,NaI(Tl)62本)を作る– 尚、用いるCsI,NaIは資金の都合上 出来る限り昔の実験から再利用した
CsIは23本つぎはぎのもの
（昔、ICEPPの実験で使ったもので10年以上前のもの）
NaIは20年程前KEKのE68実験で使用されたもの(62本）
今回新たに購入したのはCsI7本だけ
(2) このDetectorを使い、今までより一桁以上 高い感度（崩壊分岐比10-7～10-8）でinvisible 崩壊の探索を行う
3
これらのこれらのこれらのこれらの検出器検出器検出器検出器をををを用用用用いていていていてinvisible崩壊崩壊崩壊崩壊をををを探索探索探索探索するするするする
→→→→ Thanks KEK
本実験で使う検出器たち(CsI(Tl),NaI(Tl))
Hamamatsu
H6410MOD
60*60*280 + 57*57*140
Sample “つぎはぎのもの(10年以上前の実験の遺品)”
4
CsI(Tl)
CsI(Tl)Sample “新規購入品”
60*60*400
5
Hamamatsu
H6410MOD
NaI(Tl)
(43*94)*(110*94)*377
Hamamatsu
R594-09
Sample6
E68実験で利用されていたもので、36本並べるとちょうどリ
ングになるように設計されている
CsI,NaI配置図
red： NaI light blue, blue: CsI
詳細は後述するが、線源からどの方向を向いても 単色γ511keV が反応せずに通り抜ける確率を10-4.5以下以下以下以下になるようにする。
すなわちback-to-backのγ511keV 2発が抜ける割合が10-9以下以下以下以下になるように設計した
7
1.3m
1m
1.3m
mm mm横横横横からからからから上上上上からからからから
CsI配置図1275keVγを捕らえるためのtriggerCsIはsourceの対面に配置する
8
1275keVγγγγをををを捕捕捕捕らえるためらえるためらえるためらえるためのののの CsI検出器検出器検出器検出器
Source アセンブリアセンブリアセンブリアセンブリ
CsI Setup
A: 60*60*400 7本本本本
B: 60*60*280 + 57*57*140
10本本本本
C: 57*57*300 + 57*57*141
12本本本本
D: 61*61*301 + 57*57*141
1本本本本
CsIのののの形形形形
組組組組みみみみ方方方方：：：： 3*5 (15本本本本) + 3*5(15本本本本)
(計計計計30本本本本)
9
横横横横からからからから
横横横横からからからから
緑色緑色緑色緑色：つぎはぎのないもの or 60*60の面のもの
新規購入したつぎはぎのないものが中心になるように配置した（線源に近いところ）
外側を取り囲むNaIについて
１．３ｍ
10
11
cos(theta)-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
ph
i
0
50
100
150
200
250
300
350
4
5
6
7
8
Graph2D
cos(theta)-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
ph
i
0
20
40
60
80
100
120
140
160
10
11
12
13
14
15
16
Graph2D
吸収長吸収長吸収長吸収長からからからから求求求求めためためためた
511keV 単色単色単色単色γγγγ 一本一本一本一本がががが逃逃逃逃げるげるげるげる確率確率確率確率
吸収長吸収長吸収長吸収長からからからから求求求求めためためためた
511keV double γγγγ (back-to-back2本本本本)
のののの逃逃逃逃げるげるげるげる確率確率確率確率
このこのこのこの配置配置配置配置のののの性能性能性能性能をををを 511keV単色単色単色単色γγγγのののの洩洩洩洩れるれるれるれる割合割合割合割合からからからから評価評価評価評価するするするする
12
360 180
-10
1 1-10
φφφφ φφφφ
Cosθθθθ Cosθθθθ
Geant4 Simulation(1)
• γ511keVを2発back-to-backに撃ってみるとエネルギーを落とさないイベントが1010で1発
だけ
内訳(keV)
CsI+NaI:27.4154
Al: 511
Teflon: 6.08949
Escape: 477.495
13
横横横横からからからから
上上上上からからからから
横横横横からからからから
CsI,NaIを置く台
14
3層になっていて複雑な構造になっているのは、一番下のNaIに
荷重が掛かり過ぎないように分散させるためである
CsI(Tl)の位置依存性 (PMT@0)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 50 100 150 200 250 300 350 400E
nerg
y R
esol
utio
n(ke
V)
Source Position (PMT position: 0)
Energy Resolution
Energy Resolution
0
500
1000
1500
2000
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Pea
k C
hann
el(Q
AD
C)
Source Position (PMT position: 0)
luminous intensity
luminous intensity
Source Position Source Position
Peak Channel Energy Resolution
0 0
2000
420
420
140 140
80
50
Source: 137Cs
15
CsI 60*60*280CsI
57*57*140
玉玉玉玉
つぎはぎポイント
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
QA
DC
(ch)
Energy(keV)
QADC(ch)
Cd 88keV
Cs 662keV
Na 1275keV
Cd 88keV
Cs 662keV
Na 1275keV
QADC(ch) 70(PMT is near)QADC(ch) 270(PMT is far)
CsI(Tl)のLinearityと相対分解能
1
10
100
10 100 1000 10000
dE(F
WH
M)/
E (
%)
Energy(keV)
dE(FWHM)/E (%)
Cd 88keV
Cs 662keV
Na 1275keV
Cd 88keV
Cs 662keV
Na 1275keV
dE/E 70(PMT is near)dE/E 270(PMT is far)
Energy(keV) Energy(keV)
Peak Channel dE(FWHM)/E
0 10
3000 102
104
Red: PMT is near Blue: PMT is far
1400
Source: 137Cs
22Na
109Cd
→ つぎはぎで光量は2,3割落ちる → ＦＷＨＭは1275keVで約10% 16
Cd 88keV
Cs 662keV
Na 1275keV
Cd 88keV
Cs 662keV
Na 1275keV
CsI 60*60*280CsI
57*57*140
玉玉玉玉
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 50 100 150 200 250 300 350E
nerg
y R
esol
utio
n(ke
V)
Source Position (PMT position: 0)
Energy Resolution
Energy Resolution
0
500
1000
1500
2000
0 50 100 150 200 250 300 350
Pea
k C
hann
el(Q
AD
C)
Source Position (PMT position: 0)
luminous intensity
luminous intensity
NaI(Tl)の位置依存性 (PMT@0)
本実験で使用するNaIは、20年程前 KEKで行われたE68実験の遺品である
Source Position Source Position
Peak Channel Energy Resolution
0 0
2000 80
377 377
30
Source: 137Cs
17
NaI (43*94)*(110*94)*377玉玉玉玉 →→→→ Thanks KEK
Geant4 Simulation(2)
今まで述べたCsI,NaIの悪い点(Energy Resolutionと接着面の効果)を入れて再評価を行っている
• 時間の都合上、Geant4にて109 simulation
を走らせてみたところ
→ 洩れは無し
→ 現在1010 simulationを走らせている
18
期待される感度(1)
(a) β
– 30keV/p.e.(PMT)とするとplascinのtrigger効率は23%
(b) 1275keVgamma(after cut(a))
– 1275+-50keVでのtrigger効率：3.8%
(c) aerogelでβが止まる割合:30%
(d) Ortho-Positronium生成率:55%*75%
以上より、triggerに掛かり 出来るortho-positroniumの割合→ 0.0087*0.30*0.55*0.75=0.0011 19
(a)(b) より、 trigger 効率効率効率効率： 0.23*0.038 = 0.0087
上の条件に加え、
Plascin(β+)
1275γ検出器CsI
期待される感度（2）
• 線源（22Na:3.7kBq）
– 100日Runで、全22Na β+崩壊イベント ～3E+10
→ o-Psの崩壊比で 10-7～～～～10-8 程度の感度の探索が可能になる
これはこれはこれはこれは従来従来従来従来ののののlimitとととと比比比比べべべべ １１１１桁以上良桁以上良桁以上良桁以上良いものであるいものであるいものであるいものである
20
→→→→ 期待期待期待期待されるされるされるされる感度感度感度感度はははは達成達成達成達成できたできたできたできた
以上より、 o-Psの出来る割合は3E+07程度になる
Summary
• 最高の配置を考案した– これらのCsI(Tl)とNaI(Tl)ではこの配置がベスト
• 感度もいい感じ– これによりTeV領域の物理が探索可能
21
現在現在現在現在 検出器検出器検出器検出器をををを組組組組みみみみ立立立立てているてているてているてている最中最中最中最中でありでありでありであり、、、、6,7月頃測定月頃測定月頃測定月頃測定をををを開始開始開始開始するするするする