宇宙線ミューオンによるチェレンコフ輻射の検出城戸証郡司卓中森健之実験の目的「宇宙線ミューオンをソースとしたミューオンのflux チェレンコフ輻射の検出」べき値＝－1.23 べき値＝－2．7 我々の設計では30秒に1個程度拾える運動量[GeV/c] PMT＋プラスチックシンチレーターセットアップ PMT 屈折率 PMT＋プラスチックシンチレーター電荷積分型ADCで読む発光量輻射体チェレンコフ輻射 θ 透過率・反射率電離損失 (Bethe-Blochの式) 集光効率量子効率 S：蛍光効率+立体角ライトガイド PMT 何を知っておく必要があるか？・ADCのchannelと電荷量の対応・PMTの印加電圧とGainの関係・ライトガイドの集光効率・輻射体の蛍光効率 ADC-channelと電荷既知の電荷を入れてADCのchannelを見る電圧信号電荷電荷ーADC 電荷[pC] ADC full scale ≒ 206 [pC] ADC 1channel ≒ 0.05[pC] 電荷[pC] HVとPMTのGain 入射photon数を固定してHVを変える。 HV-ADC 8.24 ADC∝V Dynode 12段 HV [V] One photon 検出 ━ LED光量初期値 ━ LED光量減。 channel ━ HV= －2000 ━ HV= －1900 channel PMTのgainの決定 1 photon peak のADCに対応する電荷量 Gain = 電子1個の電荷 HV = -2000[V]で gain = 9×106 Light Guideの集光効率 4π方向に出る光を仮定。光源から見て、入射面が覆う立体角を等しくして比較。 PMT PMT 入射角度[degree] 入射角度[degree] 理論上では・・・ライトガイド実験値集光効率≒8% 輻射体の蛍光効率 90Srのβ線：2.2MeV Energy loss:1.8MeV/cm ・チェレンコフ光は出ない・発光は全て電離損失・全エネルギーを消費 90Srのspectrum Peakのchannel PMTの出力電荷 PMTへの入射photon数 β線のエネルギーに相当する photon数 (2.2MeV / 4eV) 蛍光効率≒1.0×10-4 ADC [ch] 予備実験まとめ • ADC full-scale 4095 channel = 206 pC • PMTのgain -2000V で 9×106 • ライトガイドの集光効率 8% ・蛍光効率 1.0×10-4 どうやって電離損失と区別するのか？ 1.チェレンコフ光は指向性装置を逆さにすると見えなくなる 2.チェレンコフ光の放出時間は短い各イベントの発光時間を測定して分別する（チェレンコフ：～1nsec ,電離損失：数nsec~) PMTの時間特性がよくなかった。 (立ち上がり：2.6nsec) セットアップ正位置逆位置回路上のシンチ下のシンチ輻射体 Spectrum チェレンコフ＋電離損失 shift 電離損失 ADC [ch] プロセス別の予想発光量チェレンコフ中央に入射電離損失中央に入射端に入射端に入射ミューオン運動量[GeV/c] ミューオン運動量[GeV/c] 解析の方針電離損失とチェレンコフ光の合わさったspectrumからチェレンコフ光の分布を出す二つの光が合わさってPMTから出力 Channel値は合わさった分、右（大きい方）にshift このshiftされたchannel値がチェレンコフ光 Shiftされた値：ミューオンの運動量に依存全データに対して、運動量が特定できれば･･･チェレンコフの成分が求められる解析方法 ① 左のスペクトルから、 channel値ごとに入射位置を予測チェレンコフ＋電離損失の理論予想中央に入射 ② その入射位置で、左のグラフから運動量を特定１つのchannel値に 2つの大きく異なった運動量端に入射上下シンチの発光量の差で分別運動量[GeV/c] 運動量を特定した結果べき値＝－1．23～－1．7 ミューオン運動量[GeV/c] べき値＝－1.23 降ってくるミューオンと似たような分布チェレンコフ光の分布電離損失と分離できていればこのスペクトルが得られたはず。 100channel 10 photon ADC channel 電離損失だけからのミューオンの分布べき値＝－1．3～-2．0 ミューオン運動量[GeV/c] 特定できなかったスペクトル＜理由＞ ○不連続なスペクトル ◎ミューオンだとすると・・・ (1)高い運動量成分チェレンコフと電離損失は運動量の高い成分では一定カウント数が少なすぎる (2)低い運動量成分上のシンチと下のシンチで光量の差が出るしかし両者は同じような分布ミューオンとは考えにくい上のシンチのADC[channel] 結論・チェレンコフ光は検出できた。（運動量分布がおよそ一致）・しかし、スペクトルのidentifyが完全ではない。今後の改善点 • 上向きにもPMT 電離損失とチェレンコフ光を同時に観測できる • 加速器ビームでcalibration 未知のパラメータが減ってCalibrationが楽になる • 遅いミューオンのシャットアウト特定が楽になる • ガスを輻射体にする電離損失に対してCherenkovが十分にdominantになる発光量の少なさはPMTを複数用意することで補える