フェルミ研ドレル・ヤン実験のためのミューオンスペクトロメーターの性能 The performance of muon spectrometer for a Drell-Yan experiment at FNAL 東工大理, 理研A, KEKB, 山形大理C 竹内信太郎, 柴田利明, 中野健一, Florian Sanftl, 宮坂翔, 後藤雄二A, 竹谷篤A, 澤田真也B, 宮地義之C, 他 SeaQuest Collaboration 内容 1. 2. 3. 4. SeaQuest(E906)実験とは SeaQuestのミューオンスペクトロメータドリフトチェンバーのテストまとめ 1. SeaQuest(E906)実験とは  FNAL (フェルミ国立加速器研究所)で120 GeV陽子ビームを用いる。  2010年10月にビームタイム開始  ドレル・ヤン過程( ) を用いて、陽子内seaクォーク分布のフレーバー( )非対称度を大きいまで測定する  2種のターゲット（水素、重水素）のドレル・ヤン過程断面積の比よりを決定する E906実験で予想される統計精度 2 2. SeaQuestのミューオンスペクトロメータ  ドレルヤン過程で生じたミューオン対の運動量を測定する。 Station1,2,3 : ドリフトチェンバー P.beam ミューオン識別用の壁運動量解析用磁石収束用磁石 (hadron absorber, beam dumpを兼ねる) 平面図  FMagで角度の大きなミューオン対を選別することにより、不変質量の大きな仮想光子によるドレルヤン過程を測定することができる。すなわち、Bjorken xの大きい領域まで測定することができる。日本グループはStation3ドリフトチェンバーの製作、テストを行っているドリフトチューブ Station3 ドリフトチェンバー・2010年1月に日本で製作完了・日本でテストを行った後、7月にアメリカに輸送（航空便）・その後、アメリカでテストを開始 4 Station3 ドリフトチェンバーの構造  フレームの大きさ： 1.9 m（ワイヤー方向） ×3.5 m  有感面積： 1.7 m（ワイヤー方向） ×2.3 m 1.9 m  センスワイヤー面は６面  U(+14゜), U’(+14 ゜)  X(0 ゜), X’(0 ゜)  V(-14 ゜), V’(-14 ゜)  検出するミューオンは、マグネット U により横方向に曲げられるので、ワイヤーは縦方向に張られている。  目標とする分解能は水平方向 400 μm、鉛直方向は 1mm  使用するガス : Ar:CO2 (80:20) active area 2.3 m 1.7 m 3.5 m U’ X X’ V V’ 5 3. ドリフトチェンバーのテスト目的 1) Gas gain の測定 2) Efficiency curve の測定検出器の配置宇宙線ミューオンを用いる time     ドリフトチェンバーを平置きにする。 TDCはcommon stop方式。 2枚のプラスチックシンチレータのコインシデンスをトリガーとして用いる。トリガーのrateは約3.9Hz → ほぼ見積もり通り。 6 Gas gainの測定  宇宙線ミューオンからのraw signalの波形を時間積分することにより、総電子数を求め、それを初期電子数で割ることによりGas gainを求めた。総電子数 Gasgain  初期電子数  宇宙線ミューオンが1本のSense wire (1 cell内)に落とすエネルギーは約 60 keVなので 60 keV 初期電子数   180個（ Ar : CO 2）ガスの W値 HV を変化させ、各 HV の値に対して5回ずつGas gain を計測し、グラフにした。 • 赤：測定値青：Garfield simulation  Gas gainはHVと共に増加し、次の形でフィットできることが分かった。  Gas gainは－2.6 kVで1.5×105であった。  測定値をシミュレーションと比べると桁は一致している。しかし、測定値はシミュレーションよりも最大3倍大きい。ミューオンスペクトロメータに用いるのに十分なGas gainであることが確認できた。 7 Efficiency curve の測定  Efficiency = [ワイヤーにヒットが有ったイベントの数] / [トリガーされた全イベントの数]  ドリフトチェンバーのfield wireにかけるHVを変化させ、EfficiencyとHVの関係を調べる。 • 測定時間は各HVで5分、または10分 • 横のエラーバーはHV手動調整による誤差 • Discriminatorの Thresholdは約480 mV （ノイズを落とす事で threshold は 1/2 に出来る） HVの値が－2.6 kV以上でEfficiencyは98.7±0.2 %に達することが分かった。 8 4. まとめ SeaQuest (FNAL-E906)実験は120 GeV 陽子ビームを用いた、ドレル・ヤン過程( )の実験 陽子内のSeaクォーク分布を求める 日本グループは大型ドリフトチェンバーを製作した。 Gas gainを測定した。 → ミューオンスペクトロメータに用いるのに十分なGas gain であることが確認できた。(－2.6 kVで1.5×105) Efficiency curveを測定した。 → HVの値が－2.6 kV以上でEfficiencyは98.7±0.2 %に達することが分かった。 ビームタイム開始に向けてミューオンスペクトロメータの最終的な調整を行っている。 9 SeaQuest (E906) Collaborators 日本 東京工業大学柴田利明、中野健一、 Florian Sanftl、宮坂翔、竹内信太郎 理研後藤雄二、竹谷篤 KEK 澤田真也 山形大学宮地義之 アメリカ合衆国 台湾 FNALの実験ホール 10 Back up slides 11 TDC distributionの測定 • • • • • 測定時間は10分 Stop signalのdelayは2μs Cross talkを少なくするために増幅器のThresholdを高めに設定している DC のフィールドワイヤー電圧は-2.5 kV TDCのCalibrationは2ns/TDC count  1イベントに複数のワイヤーにヒットが見られるイベントがほとんど（cross talk）  Distributionの形はシミュレーションと一致  Distributionの形より電子の最大ドリフト時間は約300 nsとなる 12 →シミュレーションと一致 Gas gain：測定結果(Test chamber) HV を変化させ、各 HV の値に対して10回ずつガスゲインを計測し、グラフにした。 • 東工大にあるSt3+のテスト機を用いた • 赤：測定値黒：Garfield simulation 使用ガスはP10ガス（アルゴン90%：メタン10%） • • 図中のエラーバーは統計エラーのみを示している。系統誤差は30~50%と推測される。  本チェンバーの結果と同様に測定結果はシミュレーション値よりも大きくなった。 13 Status – We have lots of work to do Component Projected Ready Beam Line Early to Mid July ???? Target When needed -Aug Magnets Mid June Sta 1 DC October Hodo 1 and 2 1 July Support Structure, Cabling, Electronics Sta 2 DC Ready Cabling, Electronics Absorber wall Mid June Needed before Support Structure for 3 and 4 Sta 3 DC – Lower, New Ready, Early July Support Structure, Cabling, Electronics Sta 3 and 4 Scin Early July Support Structure, Electronics Prop Tubes Early July Support Structure, Cabling, Electronics Gas System Pre mix in July as fall back Preamps ????????? TDC’s ?????????? Latches August Trigger 1 July Scalers DAQ Comments/Issues Calibration triggers Not a major effort, but need organizing ????? 14 Shipping St.3+ Chamber from Japan to Fermilab • Concerns – Heat expansion of the metal parts • Requirement on the specification document: 10 deg. to 40 deg. in celcius. • The package was covered by “PROTECT SHEET” to prevent heat and humidity indide. – Gas expansion due to pressure drop in the air • May cause breaking of the window sheets. • Inner volume of the chamber can be ventilated through the gas inlets/outlets. – Shock • The chamber was laid down on a flat base with shock-absorbing forms. • “Shock wathch” and “Tilt watch” were on the surface of the package to warn workers to handle it carefully. – Threshhold of the “Shock watch” was 80G/50msec (Morimatsu L-47). Shipping document (RIKEN, July 2, 2010) Shipping document (Fermilab, July 20, 2010) Shipping: Result RIKEN to Narita (truck) Narita to ORD (air freighter) Stored near Narita with air conditioning • • • • ORD to Fermilab (truck) Stored near ORD without air conditioning No wire breaking, no damage on the windows. Temperature: stable, 19.6 (in aircraft) – 29.4 (near ORD) deg. (C) Humidity: low around 20%. Spikes in the aircraft may be due to gas flows caused by pressure change. Shocks: 4.080G on the way from RIKEN to Narita, 4.821G at Narita, 5.770G at O’Hare. Acceleration was detected mainly for the vertical direction.