KOPIO実験のための中性子不感型光子検出器の設計開発京都大、京教大、高エ研森井秀樹、笹尾登、野村正、横山弘和、溝内健太郎、隅田土詞、白井健雄、谷口七重、高嶋隆一、小林誠、谷口敬 Contents 2004/03/27  KOPIO実験とは  Beam Catcher検出器  シミュレーションによる性能評価  エアロジェル透過率測定システムの開発  まとめ日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 1 KOPIO実験 KOPIO実験の物理と目的 KOPIO：KL→π0νν測定実験＠BNL     小林･益川行列の複素パラメータ決定 Br(KL→π0νν) ∝ η2 ～3×10-11(SM) －CP対称性の破れを特徴づける－理論的不定性の少ないスーパークリーンモードの一つ K中間子系のみでユニタリ三角形を構成 ― 荷電K中間子の結果と合わせることで標準模型を越える物理に感度 ― K中間子系とB中間子系での比較 2004/03/27 日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 2/15 KOPIO実験 KOPIO実験のConcept  イベントの同定 KL→π0νν 「π0からの2γ」かつ「他は何も検出しない」 →2γ 稀崩壊事象 & 終状態に検出可能な粒子がπ0のみ →バックグラウンドの除去が重要例えば…KL→2π0→γγγγ 崩壊領域を完全に覆うveto π0→2γ崩壊の再構成 KLのTOF “microbunch” beam (25MHz、width 200ps) 光子の位置、エネルギー、角度、時間を測定運動学的なカット 2004/03/27 日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 3/15 KOPIO実験 KOPIO Detector 2004/03/27 日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 4/15 KOPIO実験 KOPIO実験の目標と今後の展望 Goal   S/N比２で約40イベントを観測今後の展望     2004/03/27 2004年度 : 検出器R&D 2005-2007年度 : 検出器量産(Beam Catcherは2006～) ビームライン建設 2009年度頃～ : エンジニアリングラン→物理ラン開始日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 5/15 Beam Catcher Beam Catcherとはビームホールを覆うγ線veto検出器光子に対しては高検出率 ― 300MeVのγに対して98%以上高レート中性ビーム中に置かれる →ビーム中に大量にある中性子に対して不感 ― 0.8GeVの中性子に対して0.2%以下このような要求を満たすため… チェレンコフ閾値型カウンタを分散配置  鉛コンバータ+エアロジェル ―  top view エアロジェルを用いることで低速粒子に不感モジュールを多数配置し、ビーム方向に Coincidenceをとる →中性子からのBackgroundを落とす 2004/03/27 side view 日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 6/15 Beam Catcher Beam Catcherとは  γ線に対するイベントディスプレイ top view top view 電磁シャワーは前方へ広がる →ビーム方向にコインシデンス side view 2004/03/27  中性子に対するイベントディスプレイ 2次粒子は等方的 →ビーム方向にコインシデンス確率低 side view 日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 7/15 シミュレーションによる性能評価シミュレーションによる性能評価 ─ 光子検出効率  光子検出効率  エネルギー依存性高透過率エアロジェルを採用で 99% @ 300 MeV →要求を十分満たす従来品では… 97% @ 300 MeV →要求に満たないエアロジェルの光学特性が重要従来のエアロジェル SP-50(n=1.05) 2004/03/27 高透過率エアロジェル IY-46(n=1.046) 日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 8/15 エアロジェル光透過率測定システムエアロジェルの品質評価システム  エアロジェルの光学特性が重要 ― 光学系の最適化でも光量がやや不足量産時の品質管理 →エアロジェルの光学特性を簡易に評価するシステムが必要  簡単に(実験室、デスクトップサイズ) 大量の(300 x 9 x 5枚)サンプルを測定これを踏まえて… ― 光透過率測定システム ― Cherenkov発光量評価システム 2004/03/27 日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 9/15 エアロジェル光透過率測定システムエアロジェルの光透過率測定システム  特徴      LED光源 + PMT  セットアップ紫外・青・緑・黄・赤の5色 →透過率の波長依存性を測定 10cm角のサイズまで測定可能 5枚まで重ねて測定可能 →簡易に多数枚測定複数の表面位置で測定可能 →透過率の位置による違い (試料を置いたときの光量) (透過率)  (何も置かないときの光量) 2004/03/27 日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 10/15 エアロジェル光透過率測定システム光学フィルタを用いた較正  反射型NDフィルタの透過率を測定 →カタログ/分光計の結果とよく一致 2004/03/27 日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 11/15 エアロジェル光透過率測定システム光透過率の測定結果 ─ 1枚での透過率  測定結果  透過率=A exp(-Ct/λ4) 吸収散乱(レイリー散乱) →高透過率エアロジェルでは散乱による損失小 SP-50(n=1.05、従来型) 2004/03/27 IY-46(n=1.046、高透過率) 日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 12/15 エアロジェル光透過率測定システム光透過率の測定結果 ─ 複数枚での透過率  複数枚を重ねて測定 →1枚ずつの測定から見積もられる透過率とほぼ一致 2004/03/27 日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 13/15 エアロジェル光透過率測定システム光透過率の測定結果 ─ 測定位置による違い  透過率の測定位置による違い   φ2mmの光スポット絶対値で5%程度のばらつき 2004/03/27 日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 14/15 Summary Summary  KOPIO実験(KL→π0νν測定実験)で使用する光子検出器 “Beam Catcher”    シミュレーションを用いた設計と性能評価   中性ビーム中に置かれるγ線検出器光子検出効率＆中性子不感性 →エアロジェルチェレンコフ型検出器光子検出効率 → 光学系の最適化でも光量がやや不足エアロジェルの光学特性が重要設計→ほぼ完了量産に向けた準備 ─ エアロジェル品質管理システム   2004/03/27 光透過率測定システム LED + PMTのシンプルな構成で透過率を測定実際に使用するサイズの試料を複数枚重ねて測定可能透過率の位置依存性完了 →実際のサンプルで確認チェレンコフ発光量評価システム →次の講演で日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 15/15 シミュレーションによる設計 (Appendix) シミュレーションを用いたBeam Catcherの設計  設計の指標   均一かつ高い光子検出効率を持つこと量産が容易であること ―  従来のエアロジェル SP-50(n=1.05) 高透過率エアロジェル IY-46(n=1.046) 約500モジュールを配置設計の手順  光学系の設計 (1モジュールでの最適化) ― ―  均一で高い集光率シンプルなデザイン分散配置での最適化 (多数モジュールでの最適化) ― ― ― ― 2004/03/27 高透過率エアロジェルの採用コンバータ配置レイヤー数検出条件日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 16/15 シミュレーションによる性能評価 (Appendix) シミュレーションによる性能評価 ─ 中性子不感性  中性子に対する検出効率  エネルギー依存性 0.3% @ 0.8 GeV →要求をやや上回るが、時間分解能の向上で補える範囲 2004/03/27 日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 17/15 エアロジェル光透過率測定システム (Appendix) 光透過率の測定結果 ─ サンプルによる違い  透過率の測定サンプルによる違い 2004/03/27 日本物理学会第59回年次大会@九州大学箱崎キャンパス 18/15