Transcript pptx - 東京工業大学

フェルミ研ドレル・ヤン実験のための
ミューオンスペクトロメーターの性能
The performance of muon spectrometer for a Drell-Yan
experiment at FNAL
東工大理, 理研A, KEKB, 山形大理C
竹内信太郎, 柴田利明, 中野健一, Florian Sanftl,
宮坂翔, 後藤雄二A, 竹谷篤A, 澤田真也B, 宮地義之C,
他 SeaQuest Collaboration
内容
1.
2.
3.
4.
SeaQuest(E906)実験とは
SeaQuestのミューオンスペクトロメータ
ドリフトチェンバーのテスト
まとめ
1. SeaQuest(E906)実験とは
 FNAL (フェルミ国立加速器研究
所)で120 GeV陽子ビームを用い
る。
 2010年10月にビームタイム開始
 ドレル・ヤン過程(
)
を用いて、陽子内seaクォーク分
布のフレーバー(
)非対称度
を大きい
まで測定する
 2種のターゲット（水素、重水素）
のドレル・ヤン過程断面積の比よ
り
を決定する
E906実験で予想される統計精度
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2. SeaQuestのミューオンスペクトロメータ
 ドレルヤン過程で生じたミューオン対の運動量を測定する。
Station1,2,3 :
ドリフトチェンバー
P.beam
ミューオン識別用の壁
運動量解析用磁石
収束用磁石
(hadron absorber, beam dumpを兼ねる)
平面図
 FMagで角度の大きなミューオ
ン対を選別することにより、不
変質量の大きな仮想光子によ
るドレルヤン過程を測定するこ
とができる。すなわち、Bjorken
xの大きい領域まで測定するこ
とができる。
日本グループはStation3ドリフトチェンバーの製作、テストを行っている
ドリフトチューブ
Station3 ドリフトチェンバー
・2010年1月に日本で製作完了
・日本でテストを行った後、7月にアメリカに輸送（航空便）
・その後、アメリカでテストを開始
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Station3 ドリフトチェンバーの構造
 フレームの大きさ：
1.9 m（ワイヤー方向） ×3.5 m
 有感面積 ：
1.7 m（ワイヤー方向） ×2.3 m 1.9 m
 センスワイヤー面は６面
 U(+14゜), U’(+14 ゜)
 X(0 ゜), X’(0 ゜)
 V(-14 ゜), V’(-14 ゜)
 検出するミューオンは、マグネット
U
により横方向に曲げられるので、
ワイヤーは縦方向に張られてい
る。
 目標とする分解能は水平方向
400 μm、鉛直方向は 1mm
 使用するガス : Ar:CO2 (80:20)
active area
2.3 m
1.7 m
3.5 m
U’
X
X’
V
V’
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3. ドリフトチェンバーのテスト
目的 1) Gas gain の測定 2) Efficiency curve の測定
検出器の配置
宇宙線ミューオンを用いる
time




ドリフトチェンバーを平置きにする。
TDCはcommon stop方式。
2枚のプラスチックシンチレータのコインシデンスをトリガーとして用いる。
トリガーのrateは約3.9Hz → ほぼ見積もり通り。
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Gas gainの測定
 宇宙線ミューオンからのraw signalの波形を時間積分することにより、総
電子数を求め、それを初期電子数で割ることによりGas gainを求めた。
Gasgain

総電子数
初期電子数
 宇宙線ミューオンが1本のSense wire (1 cell内)に落とすエネルギーは約
60 keVなので
60 keV
初期電子数

ガスの W 値
 180 個（ Ar : CO 2 ）
HV を変化させ、各 HV の値に対して5回ずつGas gain を計測し、グラフにした。
•
赤：測定値
青：Garfield simulation
 Gas gainはHVと共に増加し、次の形で
フィットできることが分かった。
 Gas gainは－2.6 kVで1.5×105であっ
た。
 測定値をシミュレーションと比べると
桁は一致している。しかし、測定値は
シミュレーションよりも最大3倍大きい。
ミューオンスペクトロメータに用いるのに十分なGas gainであることが確認できた。
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Efficiency curve の測定
 Efficiency = [ワイヤーにヒットが有ったイベントの数] / [トリガーされた全イベントの数]
 ドリフトチェンバーのfield wireにかけるHVを変化させ、EfficiencyとHVの関係を調べる。
• 測定時間は各HVで5分、
または10分
• 横のエラーバーはHV手
動調整による誤差
• Discriminatorの
Thresholdは約480 mV
（ノイズを落とす事で
threshold は 1/2 に出来
る）
HVの値が－2.6 kV以上でEfficiencyは98.7±0.2 %に達することが分かった。
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4. まとめ
SeaQuest (FNAL-E906)実験は120 GeV 陽子ビームを用いた、
ドレル・ヤン過程(
)の実験
陽子内のSeaクォーク分布を求める
日本グループは大型ドリフトチェンバーを製作した。
Gas gainを測定した。
→ ミューオンスペクトロメータに用いるのに十分なGas gain
であることが確認できた。(－2.6 kVで1.5×105)
Efficiency curveを測定した。
→ HVの値が－2.6 kV以上でEfficiencyは98.7±0.2 %に達
することが分かった。
ビームタイム開始に向けてミューオンスペクトロメータの最
終的な調整を行っている。
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SeaQuest (E906) Collaborators
日本
東京工業大学
柴田利明、中野健一、
Florian Sanftl、宮坂翔、
竹内信太郎
理研
後藤雄二、竹谷篤
KEK
澤田真也
山形大学
宮地義之
アメリカ合衆国
台湾
FNALの実験ホール
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Back up slides
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TDC distributionの測定
•
•
•
•
•
測定時間は10分
Stop signalのdelayは2μs
Cross talkを少なくするために
増幅器のThresholdを高めに
設定している
DC のフィールドワイヤー電圧
は-2.5 kV
TDCのCalibrationは2ns/TDC
count
 1イベントに複数のワイヤーにヒットが見られるイベントがほとんど
（cross talk）
 Distributionの形はシミュレーションと一致
 Distributionの形より電子の最大ドリフト時間は約300 nsとなる
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→シミュレーションと一致
Gas gain：測定結果(Test chamber)
HV を変化させ、各 HV の値に対して10回ずつガスゲインを計測し、グラフにし
た。
•
東工大にあるSt3+のテスト機
を用いた
•
赤：測定値
黒：Garfield simulation
使用ガスはP10ガス
（アルゴン90%：メタン10%）
•
•
図中のエラーバーは統計エ
ラーのみを示している。系統
誤差は30~50%と推測される。
 本チェンバーの結果と
同様に測定結果はシ
ミュレーション値よりも
大きくなった。
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Status – We have lots of work to do
Component
Projected Ready
Beam Line
Early to Mid July ????
Target
When needed -Aug
Magnets
Mid June
Sta 1 DC
October
Hodo 1 and 2
1 July
Support Structure, Cabling, Electronics
Sta 2 DC
Ready
Cabling, Electronics
Absorber wall
Mid June
Needed before Support Structure for 3 and 4
Sta 3 DC – Lower, New
Ready, Early July
Support Structure, Cabling, Electronics
Sta 3 and 4 Scin
Early July
Support Structure, Electronics
Prop Tubes
Early July
Support Structure, Cabling, Electronics
Gas System
Pre mix in July as fall back
Preamps
?????????
TDC’s
??????????
Latches
August
Trigger
1 July
Scalers
DAQ
Comments/Issues
Calibration triggers
Not a major effort, but need organizing
?????
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Shipping St.3+ Chamber from Japan to
Fermilab
• Concerns
– Heat expansion of the metal parts
• Requirement on the specification document: 10 deg. to 40 deg. in celcius.
• The package was covered by “PROTECT SHEET” to prevent heat and
humidity indide.
– Gas expansion due to pressure drop in the air
• May cause breaking of the window sheets.
• Inner volume of the chamber can be ventilated through the gas
inlets/outlets.
– Shock
• The chamber was laid down on a flat base with shock-absorbing forms.
• “Shock wathch” and “Tilt watch” were on the surface of the package to
warn workers to handle it carefully.
– Threshhold of the “Shock watch” was 80G/50msec (Morimatsu L-47).
Shipping document (RIKEN, July 2, 2010)
Shipping document (Fermilab, July 20, 2010)
Shipping: Result
RIKEN to Narita
(truck)
Narita to ORD
(air freighter)
Stored near Narita
with air conditioning
•
•
•
•
ORD to Fermilab
(truck)
Stored near ORD without air conditioning
No wire breaking, no damage on the windows.
Temperature: stable, 19.6 (in aircraft) – 29.4 (near ORD) deg. (C)
Humidity: low around 20%. Spikes in the aircraft may be due to gas flows caused by pressure change.
Shocks: 4.080G on the way from RIKEN to Narita, 4.821G at Narita, 5.770G at O’Hare. Acceleration was
detected mainly for the vertical direction.