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MEG II実験陽電子タイミングカウンターのためのパルス
レーザーを用いた時間較正システムの構築
東京大学理学系研究科物理学専攻
中尾光孝, 他MEGIIコラボレーション
+ 九大の方々
日本物理学会2015年秋季大会(26aSN-2)
Contents
MEGⅡ実験
Timing Counter
の時間較正
Laser
Calibration
Laser
Calibrationの
実現へ向けた
テストと展望
MEGⅡ実験検出器
カウンター間の時間較正
本研究の目的
Laser Calibrationの全体像
Laser Calibration Systemのインストール
Laser Calibrationのチェック項目
Laser Calibration Test Setup
解析手法
ファイバー接続の再現性
カウンターを立てた状態での安定性
今後の予定
日本物理学会2015年秋季大会(26aSN-2)
MITSUTAKA NAKAO 
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Contents
MEGⅡ実験
Timing Counter
の時間較正
Laser
Calibration
Laser
Calibrationの
実現へ向けた
テストと展望
MEGⅡ実験検出器
カウンター間の時間較正
本研究の目的
Laser Calibrationの全体像
Laser Calibration Systemのインストール
Laser Calibrationのチェック項目
Laser Calibration Test Setup
解析手法
ファイバー接続の再現性
カウンターを立てた状態での安定性
今後の予定
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MITSUTAKA NAKAO 
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Xenon Calorimeter
SiPM readout
Stereo wire drift chamber
Tracking the positron till near TC
µ
twice higher beam
intensity
（stopping µ ~7×107）
γ
Radiative Decay Counter
Pixelated Positron
Timing Counter (TC)
MEGⅡ実験検出器
4
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カウンター間の時間較正
時  512個のカウンターは時間のオフセットをもっているので、30psの精度で時間を合わせる必要があ
る。
間
較  ガンマ線検出器との時間合わせはミューオン輻射崩壊(μ→eγνν)を用いて行う。
正  カウンター間の時間較正にはMichel CalibrationとLaser Calibrationという2つの独立な方法を用い
て行う。
Michel Calibration
 MEGⅡ実験のメインのBGである、Michel崩壊
(μ→eνν)の陽電子を利用する。
 カウンターのヒット情報からクラスターをつくり、軌跡を
再構成し、データカットを行う。
 得られた軌跡毎にカウンターのTOFを計算する
。
 以下のχ2を最小化するような、時間オフセットを
カウンター毎に計算する。
測定時間
Laser Calibration
 同じ光源から全カウンターにパルスレーザーを
同時照射する。
 以下の点で、Michel Calibrationと相補的な方法
である。
 場所依存がない
 データを貯める必要がない
 時間オフセットをモニターできる
計算した時間
カウンターに固有の時間オフセット
 すでにビームテストのデータを用いて確かめら
れた(西村,日本物理学会2014年秋季大会19pSG4)。
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本研究の目的
目
的
カウンター間の時間の較正手法であるLaser Calibrationシステム
を構築すること。
Michel Calibration
Laser Calibration
 MEGⅡ実験のメインのBGである、Michel崩壊
(μ→eνν)の陽電子を利用する。
 カウンターのヒット情報からクラスターをつくり、
軌跡を再構成する。
 得られた軌跡毎にカウンターのTOFを計算する
。
 以下のχ2を最小化するような、時間オフセット
をカウンター毎に計算する。
 同じ光源から全カウンターにパルスレーザーを
同時照射する。
 以下の点で、Michel Calibrationと相補的な方法
である。
測定時間
 場所依存がない
 データを貯める必要がない
 時間オフセットをモニターできる
計算した時間
カウンターに固有の時間オフセット
 すでにビームテストのデータを用いて確かめら
れた(西村,日本物理学会2014年秋季大会19pSG4)。
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Contents
MEGⅡ実験
Timing Counter
の時間較正
Laser
Calibration
Laser
Calibrationの
実現へ向けた
テストと展望
MEGⅡ実験検出器
カウンター間の時間較正
本研究の目的
Laser Calibrationの全体像
Laser Calibration Systemのインストール
Laser Calibrationのチェック項目
Laser Calibration Test Setup
解析手法
ファイバー接続の再現性
カウンターを立てた状態での安定性
今後の予定
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Laser Calibrationの全体像
Laser
Controller
LASER
Mode
Scrambler
Light
Splitter
Waveform
Digitizer
photodiode
Fiber 2.5m
Long Fiber
10m
〜
〜
・・・
Light
switch
Light
Splitter
1×8
×8ch
×8ch
Light
Splitter
1×8
×8ch
レーザーを照射したときの様子
=512 counters
 レーザー源としてPICOSECOND LIGHT PULSER  同じ光源から全てのカウンターにレーザーを同時
PLP-10(浜松ホトニクス社)を用いる。
照射する。
 十分な光量を確保するため、Light Switchによって
切り替え、1回に64カウンターずつ較正を行う。
 各カウンターの時間オフセットをレーザーの時間を
基準にして求める。
-Wavelength 405 nm (浜松ホトニクス社HPより)
-Wavelength FWHM < 10 nm
-Pulse duration typ. (max) 60 (100) ps
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Laser Calibration Systemのイン
ストール
Fiber 2.5m
ビームエリア外より
Long Fiber
10m
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Light NAKAO
SplitterHolder
MITSUTAKA
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9
Laser Calibration チェック項目
どのようにしてファイバーをカウ
ンターに固定するか？
Laserの安定性
Laser
Controller
LASER
Mode
Scrambler
Long Fiber
10m
〜
〜
・・・
Light
switch
Light
Splitter
photodiode
Light
Splitter
1×8
Light
Splitter
1×8
×8ch
Waveform
Digitizer
×8ch
Fiberを曲げても大丈
夫か？
×8ch
=512
Splitter後で十分光量があるか？
counters
Light switchがうまく機能するか？
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Laser Calibration チェック項目
✔
Laserの安定性
→Laser装置の電源を入れて200分
以上たってから測定を行う。
Laser
Controller
LASER
Mode
Scrambler
Long Fiber
10m
〜
〜
・・・
Light
switch
どのようにしてファイバーをカウ
ンターに固定するか？
Light
Splitter
photodiode
Light
Splitter
1×8
Light
Splitter
1×8
×8ch
Waveform
Digitizer
×8ch
×8ch
✔
Fiberを曲げても大丈
夫か？
→Fiberを曲げる前後で
Timeoffset、光量ともに
変化なし。
✔
Splitter後で十分光量があるか？
Light switchがうまく機能するか？
→10月中旬よりテスト予定。
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Laser Calibration チェック項目
ファイバー固定方法(案1:横ねじ型)
プラシンチ+リフ
レクター(鏡面反
射型, 3M ESR
film)
ねじで横から押し
付けて固定する
どのようにしてファイバーをカウン
ターに固定するか？
ファイバー先端
(セラミック,1.8mm)
×
ファイバー
ファイバー固定方法(案2:縦ねじ型)
SiPM+PCB
加工したねじにファ
イバーを通して下
から押し付けて固
定する
ファイバー
(0.9mm)
具体的には、
固定方法に再現性があるか？
カップリングとして何を用いるか？
長期間のRunのための安定性はあ
るか？
に注目してテストを行った。
3Dプリンタで作成したサポート構造
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Contents
MEGⅡ実験
Timing Counter
の時間較正
Laser
Calibration
Laser
Calibrationの
実現へ向けた
テストと展望
MEGⅡ実験検出器
カウンター間の時間較正
本研究の目的
Laser Calibrationの全体像
Laser Calibration Systemのインストール
Laser Calibrationのチェック項目
Laser Calibration Test Setup
解析手法
ファイバー接続の再現性
カウンターを立てた状態での安定性
今後の予定
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Laser Calibration Test Setup
Laser
Controller
LASER
レーザーに同期したパルスを
Waveform
DAQのトリガーとして用いる。
Digitizer
Mode
Scrambler
ModCon
Arden社
Fiber tipe: 50μm
Serial no, 3870
〜
〜
Long Fiber
10m
Multi mode fiber
Light
Splitter
1×4
Light
Splitter
1×8
Lightel Technologies Inc.
Fiber Optic Coupler Module
Multi Mode
パワーメータを用いて
レーザーパワーをモニターする
c.f. 本番のセットアップ
Counter
Long Fiber
10m
Mode
Scrambler
Splitter
レーザー
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解析手法
CH1
 各波形について、Heightの一定の割合のと
ころをシグナルの時間とする(constant
fraction time)。
CH2
Waveform
Digitizer
Laser
Controller
①
レーザーに同期したパルス
シグナルの時間
11%
●
600mV
CH1
②
③
 CH1の時間(t1)、CH2の時間(t2)、レーザー同
期パルスの時間(tsync)を得る。
 カウンターのヒット時間(thit)は、
600mV
CH2
 カウンターの時間オフセット(toffset)は、
(cftime[0]+cftime[1])/2-cftime[2] {cftime[0]<0&&cftime[1]<0&&cftime[2]<0}
④
で、これをガウシ
アンでフィッティ
ングする。
レーザーに同期したパルス
-500
-400
-300
[ns]
取得した波形
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h
Event
600mV
Entries
600
11002
Mean
1.059e-07
RMS
4.811e-11
c 2 / ndf
500
57.31 / 48
p0
640.3 ± 7.5
p1
1.059e-07 ± 4.595e-13
p2
4.776e-11 ± 3.307e-13
400
カウンターの
時間オフセット
300
σ〜50[ps]
200
100
0
´10
0.1054
0.1056
0.1058
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0.106
0.1062
0.1064
0.1066
t counter -ttrg
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-6
再現性テスト
Concept
参照カウンターは寝か
せておく
メインカウンターは
立てておく
 ファイバーとカウンターのカップリングを次の
2つで比較する。
Reference
 光学グリスなし
 光学グリスあり
 抜き差しを繰り返し、時間オフセットのばらつ
きをみる。
 温度変化やレーザーパワーによる変化を相
殺するため、メインカウンターと参照カウンタ
ーの時間オフセットの差に注目する。
 要請されるばらつきはσ < 30ps
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Counter
TOP VIEW
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[結果]再現性テスト
Counter:立てる
Reference:寝かせる
Timeoffset[ps]
横ねじ型
σ:49.9ps
σ:26.5ps
σ:12.1ps
σ:22.1ps
縦ねじ型
グリスあり
グリスなし
 再現性・カップリングという観点では、「縦ねじ型・グリスあり」が最善である。
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[結果]再現性テスト2
横ねじ型
Timeoffset[ps]
σ:49.9ps
Counter:
立てる
σ:26.5ps
Counter:
寝かせる
σ:40.7ps
σ:10.5ps
σ:12.1ps
Counter:
立てる
σ:22.1ps
σ:77.8ps
Counter:
寝かせる
σ:11.6ps
グリスあり
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グリスなし
縦ねじ型
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安定性テスト
Concept
参照カウンターは寝か
せておく
メインカウンターは
立てておく
 ファイバーとカウンターのカップリングは光学
グリスなしで固定する。
 抜き差しをせずに、1から2時間毎に時間オフ
セットを測定する。
 温度変化やレーザーパワーによる変化を相
殺するため、メインカウンターと参照カウンタ
ーの時間オフセットの差に注目する。
 要請されるばらつきはσ < 30ps
Reference
Counter
TOP VIEW
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[結果]安定性テスト
横ねじ型
σ〜11.6[ps]
100
[ps]
1day
1day
横ねじ型について、短期の安定性テストを行った。
2日間のばらつきは、12[ps](<30[ps])で、カウンターは立てた状態で安定であるといえる。
より長期の安定性は現在測定中である。
縦ねじ型の安定性については今後測定予定である。
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今後の予定(Calibration for TC)
2015
Engineering Run
 10月中旬まで接続方法の追加テスト
 Light switchのテスト
 10月中旬から実験ホールにTCをインストール
 レーザーシステムをインストール(64チャンネル)
 複数の再現性・カップリング方式を同時に導入(16チャ
ンネルずつなど)
 12月からMichel Runを開始
 データを解析してMichel CalibrationとLaser Calibration
の整合性を確かめる
 Laser Calibrationのセットアップを確定
 Laser CalibrationのMass Production
2016 Engineering Run
Physics Data Taking
μ→ eγ Discovery
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Summary
MEGⅡ実験
Timing Counter
の時間較正
MEGⅡ実験の512個のカウンター間の時間較正のために
、Michel CalibrationとLaser Calibrationの2つの方法を検
討している。
Laser
Calibration
Laser Calibrationは同一の光源を用いて全カウンターに
同時に入射し、各カウンターの時間オフセットを求める較
正方法である。
Laser
Calibrationの
実現へ向けた
テストと展望
Laser Calibrationの実現に向けてファイバーとカウンター
の接続方法のテストを行った。
「縦ねじ型・グリスあり」が接続方法の第一候補である。
Engineering Runでの結果を踏まえて最終的なLaser
Calibrationシステムを決定する。
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