Transcript bCALET-2で観測されたシャワーの 粒子識別解析

bCALET-2で観測されたシャワーの
粒子識別解析
早大理工研 仁井田多絵，鳥居祥二，笠原克昌，
小澤俊介，赤池陽水，宮本浩輝，
相場俊英，甲斐友一朗，他bCALET-2チーム
2010.3.22
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学
1
研究背景・目的
bCALET-2 ： 高度35kmで約12000イベントを観測
 飛跡再構成、電子・陽子の識別
 １0GeV～の電子フラックスの導出
256mm
解像型カロリメータ（IMC）
SciFi 4096本、W 7層 (3.58r.l.)
IMC
飛跡再構成
全吸収型カロリメータ
（TASC）
TASC
BGO 10本×6層 (13.4 r.l.)
エネルギー測定
電子・陽子の識別
2010.3.22
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学
Plastic Sci.
W （タングステン）
SciFi 1mm sq.
BGO 25mm sq.
Electronics
2
飛跡再構成
IMC シャワー軸候補点の選別
1. 各層から最大３点（>0.5MIP)を選別
最大発光点
2番目
3番目
2. 各点±１本(7,8層は±2本)の
輝度重み付き重心をとる
TASC シャワー軸候補点の選別
1. 各層の最大発光点（>0.5MIP)を選別
2. 各点±1本の輝度重み付き重心をとる
2010.3.22
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学
3
飛跡再構成
各層の候補点を選択
（最低でもIMC3層、TASC1層を使用）
S1
最小二乗法により、直線フィット
再構成した飛跡がS1を通過するか
Yes
No
その飛跡
は破棄
フィッティング精度（下式のD2）を計算
すべての組み合わせを考えたか
Yes
No
D2が最小となる飛跡をシャワー軸に決定
( Sx i － x i )
D2 = 1 
n
2
2010.3.22
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学
2
Sxi : i層の飛跡通過点
xi : i層の飛跡候補点
σ : SciFi or BGOの幅
n : 使用した層の数
4
飛跡決定精度
角度誤差
Δθ= cos－1 ( Sdir ・ Edir )
count
Sdir ：シミュレーションでの入射方向ベクトル
Edir : 再構成した飛跡のベクトル
飛跡決定例 （電子、23.9GeV）
Δθ[degree]
84%の電子イベントについて
角度誤差5度以内
2010.3.22
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学
5
電子・陽子識別（>10GeV）
TASCにおけるシャワーの横広がりと、
transition curveのフィッティングによる最大発達点を使用
count
横広がり : 電子・・・シャワー軸付近に集中 （1RM に90％のエネルギー）
電子：92.1%
電子＋γ
陽子：12.8%
陽子＋原子核
electron
all
RM=2.4cm
proton
Energy Weighted Spread [cm]
2010.3.22
エネルギーの重みを付けた横広がり
：shower axis center
：Deposit energy at j-th BGO crystal
：Deposit energy at i-th BGO layer
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学
6
電子・陽子識別（>10GeV）
TASCにおけるシャワーの横広がりと、
transition curveのフィッティングによる最大発達点を使用
最大発達点 : 電子・・・陽子よりも早くシャワーが発達
count
Deposit Energy [GeV/r.l.]
電子＋γ
陽子＋原子核
all
transition curve
E0 : Energy
Shower Maximum
t : depth in radiation length
Depth [r.l.]
Shower Maximum [r.l.]
2010.3.22
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学
7
電子・陽子識別（>10GeV）
High_ELE Trigger
電子残存率 陽子混入率
幾何条件
100%
96.4%
S1 < 3.2MIP
93.2%
91.0%
RE < 2.4 cm
85.9%
59.6%
右図による電子・陽子弁別
電子残存率：74.9%
陽子混入率：6.40%
2010.3.22
レベルフライトのデータから
電子候補 50イベントを選別
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学
8
フラックスの導出
Flux [m-2sr -1s -1GeV-1 ] =
N
(1 - c p - c γ ) 1
ΔE・ t・ SΩ
εe
N : 各エネルギー幅の粒子数
ΔE : エネルギー幅
t
: 観測時間
SΩ : 幾何学的因子
cp : 陽子の混入率 (=0.0640)
cγ : γ線の混入率 (=0.0788)
εe : 電子の残存率 (=0.749)
2010.3.22
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学
9
観測結果
大樹町の緯度と経度におけるフラックス
（シミュレーション）
Preliminary
※BETSとbCALET-1は三陸で観測
→正確にはRigidity cutの位置が違う
2010.3.22
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学
10
まとめ
bCALET-2実験の観測イベントを解析
→ 10GeV以上の電子候補50イベントを選別
→ BETSやbCALET-1の観測結果と
矛盾しないフラックスを得た
今後の課題
→ 10GeV以下の電子陽子識別
→ より細かな補正
・大気効果
・エネルギー分解能
・陽子除去率のエネルギー依存性
・γ混入率のエネルギー依存性
2010.3.22
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学
11
END
2010.3.22
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学
12
★幾何条件
←S1と、TASC1層目下面の
端から2.5cmより内側を通過
★S1におけるエネルギー損失
電子
原子核
2010.3.22
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学
13
★bCALET-1
2010.3.22
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学
14
★実験データの横広がり・最大発達点
2010.3.22
日本物理学会第65回年次大会@岡山大学
15