Transcript Geant4による細分化電磁カロリメータのシミュレーション

Geant4による細分化電磁
カロリメータのシミュレーション
2010/2/22
卒業研究発表会
高エネルギー研究室
山浦 弥
目次







ILC実験と測定器
細分化電磁カロリメータ
研究概要
エネルギー分解能
Geant4
エネルギー分解能のシミュレーション
まとめ
ILC実験と測定器

ILC…電子・陽電子
線形衝突型加速器
Higgs粒子などの精密測定が目的
e+
-
e
エネルギーや運動量から測定
光子や電子のエネルギーを測定する
装置がカロリメータ
ILD
ILCの測定器案

検出したエネルギー[MeV]
電磁カロリメータ
電子や光子のエネルギーを
測定する装置
eγ
電磁カスケードシャワーを利用
吸収層
シャワーの発達とエネルギーの吸収
入射電子のエネルギー[GeV]
検出層
入射粒子のエネルギーに比例した
シャワーのエネルギーを測定
e+
吸収層
重い金属
(Pb,Wなど)
検出層
シンチレーション光
を測定(シンチレータ)
細分化電磁カロリメータ
Higgs粒子などは終状態で多数の
粒子を含む粒子群(ジェット)を作る
ジェット中の荷電粒子と
中性粒子を分離したい
シンチレータを細分割
吸収層にタングステン
検出層にシンチレータ(1cm×4.5cm×0.3cm)
一つ一つのシンチを
反射材で覆う
細分化
異なる粒子由来
のシャワー
直交して並べることで
さらに細かくできる
1cm×1cm
MPPC
波長変換ファイバー
研究概要
シンチレータの細分化によって反射材分の
隙間が生まれる
 MPPCを収める溝も無視できない

エネルギー分解能(σ/E)への影響を調べる
Geant4というシミュレータでシミュレーションした
60GeVの電子を
入射したときの
ヒストグラム
個
数
1,3,5,10,20,30,
40,50,60GeV
e1000個
γ
σ
e+
ガウス分布
E
検出層に落ちたエネルギーの総和[MeV]
エネルギー分解能
エネルギー分解能(σ/E)
カロリメータの基本性能
測定するエネルギーの揺らぎ
 2


stochastic



cons
tan
t


E E


GeV
ILCの目標
統計項 < 15%
定数項 < 1%
エネルギー分解能σ/E
2
(統計項)：:統計的な揺らぎ
 stochastic
 constant (定数項)：エネルギー漏れ
による揺らぎ
統計項
5GeV
1GeV
10GeV
60GeV
3GeV
定数項
-1/2
-1/2
(入射電子のエネルギー) [GeV ]
Geant4
物質と粒子の相互作用をシミュレーションするソフトウェア
粒子の失ったエネルギーを計算
Geant4
eγ
e+
エネルギー分解能の測定
シンチレータ間隔を変える(0mm〜1.0mm)
MPPCの溝は考慮しない
18.0
3.0
17.0
統計項[%]
定数項[%]
2.5
2.0
1.5
16.0
15.0
1.0
14.0
0.5
0
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
シンチレータ間隔[mm]
13.0
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
シンチレータ間隔[mm]
シンチレータ間隔が0.2mmまでは定数項も統計項も目標値より小さい
エネルギー分解能の測定
MPPCの溝の深さを変える(0mm〜3.1mm)
溝の横幅は固定(4.6mm)
シンチレータ間隔は考慮しない
4.6mm
3.0
18.0
17.0
統計項[%]
定数項[%]
2.5
2.0
1.5
16.0
15.0
1.0
14.0
0.5
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
MPPCの溝の深さ[mm]
13.0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
MPPCの溝の深さ[mm]
溝の深さが0.9mmまでは定数項も統計項も目標値より小さい
エネルギー分解能の測定
シンチ間隔とMPPCの溝の大きさ
を両方変える
:溝の大きさ1.4mm×4.6mm(従来)
18.0
3.0
:溝の大きさ0.9mm×2.5mm(新型)
2.5
:溝なし
:溝の大きさ0.9mm×2.5mm(新型)
:溝なし
17.0
統計項[%]
定数項[%]
:溝の大きさ1.4mm×4.6mm(従来)
2.0
1.5
16.0
15.0
1.0
14.0
0.5
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
シンチレータ間隔[mm]
13.0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
シンチレータ間隔[mm]
誤差を考えると新型のシンチレータで間隔が0.2mmまでが目標値に近い
まとめ
Geant4で細分化電磁カロリメータに電子を入射し
エネルギー分解能を調べた
 シンチレータ間隔によるエネルギー分解能への影響

間隔が0.2mmまでは目標値以下

MPPCの溝の深さによるエネルギー分解能への影響
溝の深さが0.9mmまでは目標値以下

間隔と溝の両方によるエネルギー分解能への影響
溝の大きさが0.9mm×2.5mmのシンチが目標値付近
シンチレータの隙間やMPPCの溝が大きいと分解能は悪い
今後は溝の小さいシンチレータで研究を進めるべき