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 -2 sr -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
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