PowerPoint プレゼンテーション

リニアコライダーでの
ビームサイズ測定方法の研究
加速器グループ
４年佐藤優太郎
目次
1.
2.
3.
4.
ILCについて
pair monitorについて
Simulationによる性能評価
今後の計画
1. ILCについて
◆ International Linear Collider(ILC)とは
• 電子陽電子衝突型線形加速器
 重心エネルギー : 500GeV
 全長 : 約30km
◆ 目的
•
•
新粒子（Higgs粒子、超対称性粒子など）の探索
トップクォークの精密測定
◆ 特徴
•
•
長所：クリーンな環境で観測ができる。
短所：線形なので、衝突機会が１回しかない。
高ルミノシティを保つためには、ビームサイズを
ナノメーターまで絞り込むことが必要。
ILCのビーム
•バンチ
2×1010個
厚さ5.7nm
幅639nm
長さ300μm
•１トレイン = 2625バンチ
…………
…………
~
~
969.2μs
199ms
衝突地点でビームサイズ等をモニタし、補正することが必要。
ナノメーターレベルでモニターできるのはペアモニターのみ。
2. ペアモニターについて
◆目的
ビームの情報を得ること
◆要求性能
10％のビームサイズ測定精度
半径10cmの円盤
衝突地点から400cm
衝突地点
ペアバックグラウンド
ペアモニターは、ペアバックグラウンドを利用して、
ビームの情報を得る。
◆ ペアバックグラウンドとは
• ILCでの主なバックグラウンドの１つ。
• ２つの光子から電子・陽電子ペアが生成されること。
以下のプロセスで生成される。
Breit-Wheler process
Bethe-Heiter process
Landau-Lifshitz process
衝突地点での振る舞い
E
-
+
-
+
+
+
-
B
-
衝突地点
ペアバックグラウンドとして、電子・陽電子ペアが生成。
向かってくるビームと同電荷の粒子は大きく散乱。
測定器内の磁場によってらせん運動して、ペアモニターに衝突。
ビームの電磁場はビームの形状に依るので、
散乱の様子からビーム形状を測定できる。
ペアモニター
• 半径10cmの円盤
• 衝突地点から400cm
y
14mrad
x

+
ペアバックグラウンドの方向
衝突地点
z
+
3. Simulationによる性能評価
◆Simulationの目的
ペアモニターのHit分布から、どのようにして
ビームの情報を得るかを考える。
◆主なパラメーター
•
•
•
•
•
•
ペアバックグラウンド生成プログラム： CAIN
ビームエネルギー : 500GeV
交差角 : 14mrad
GLD:3[T]
衝突地点からの距離 : 400cm
→ ILD:3.5[T]?
LDC:4[T]
一様磁場 : 3.5T
ビームサイズ（nominal）
)
厚さ5.7nm
幅639nm
長さ
300μm
陽電子のHit分布
nominal
8
4
R[cm]
y[cm]
nominal
10
0
6
-4
-8
-4
0
4
2
-
8
x[cm]
0
[rad]
y
R
x
座標変換
e−out
e+in
Simulation項目
• ビームサイズ (厚さ・幅) を変えたときにどのよ
うにHit分布が変化するか。
• Hit分布からビームサイズの情報をを引き出す。
nominal
厚さ5.7nm
幅639nm
長さ300μm
ビームの厚さの測定
3倍の厚さ
10
R[cm]
R[cm]
10
nominal
6
2
-
6
0
[rad]
2
-
0
ビームの情報を引き出すために、
ある領域内にHitした粒子数に注目。
Ratio =
青領域内のHit数
赤領域内のHit数
[rad]
Ratio
Ratio =
青領域内のHit数
赤領域内のHit数
Ratio
10
6
ビームの厚さに対して、相関がある。
2
1
3
5
nominalビームに対する厚さの比
ビームの幅の測定
ビームの幅の変化に対するHit分布の変化
R
4
8
4
3倍の幅
y[cm]
8
2倍の幅
y[cm]
y[cm]
nominal
R
8
4
0
0
0
-4
-4
-4
-8
-4
0
4 8
x[cm]
-8
-4
0
4 8
x[cm]
R
-8
-4
0
4
ビームの幅が大きくなるにつれて半径が小さくなっている。
E
E
8
x[cm]
最大半径
最大半径[cm]
最大半径 : 全Hit数のうち、99％のHit数が入る半径
8
1/xで fitting すると、
nominalのビームサイズを、
2.5%の精度で測定できる。
6
4
0
4
8
nominalビームに対する幅の比
12
まとめ
• ビームの幅の情報は最大半径を用いて、
2.5%の精度で得られる。
• ビームの厚さの情報はRatioを用いて相
関を見ることができた。最適化はこれ
から。
4. 今後の計画
• 一様磁場に加え、anti-DIDを導入する。
→
低エネルギーの e± をビームパイプに導く。
ペアモニター
x
ペアバックグラウンドの方向
z

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