国際リニアコライダー計画に用いられる光検出器MPPCの性能評価筑波大学数理物質科学研究科物理学専攻山崎秀樹国際リニアコライダー計画標準理論の裏づけにはヒッグス粒子を呼ばれる粒子の発見が必要  その手段として、新たな高エネルギー加速器をアジア、欧米各国で共同開発している  2 ものを見るってどういうことか光目波長λ より小さいものを見ようとすると波長λが小さくなると、周波数νというものが大きくなる実はという式から、小さいものを見ようとすると、が大きくなり、結果エネルギーが大きくなる 3 ＩＬＣ実験虫眼鏡   最も小さい素粒子を「見る」ためには？最も大きい「顕微鏡」→加速器を使う顕微鏡電子顕微鏡  ではどれくらい大きいかというと・・・ 4 加速器：粒子を高速で衝突させる  これが見たい素粒子の色んな情報を持っていて、この情報を読み取る 5 これがその測定器（つまりは、超巨大顕微鏡） ※注意：これはイメージです 6 素粒子のエネルギー測定ヒッグス粒子を発見するには素粒子のエネルギーを光に変換し、その光を検出する光子を計数出来る素子が必要素粒子が判別出来る私は次世代光検出器（光子計数可能な） MPPCの性能評価実験をしています！！ 7 なんでMPPCなの？  カロリメータ内での粒子の識別が要求される Electro-magnetic Calorimeter tungsten plate  微細な分割が必要 1 cm x 4.5cm x 3 mm  膨大なチャンネル数 ~10 Mchannel  強磁場(3T)中で使用光電子増倍管に代わる新しい光検出器としてMPPC！！ particles readout by MPPC 8 MPPC (Multi Pixel Photon Counter)  浜松ホトニクス社と共同で開発している次世代半導体光検出器 1mm 3 mm 1.3 mm １mm 拡大センサー面真横からの図真正面からの図 PMT MPPC Cost performanceが良い Gainが高い(~１０5) 磁場耐性に優れている 軽量で非常にコンパクト 応答が非線形である 熱電子ノイズ 9 MPPCの動作原理 Guard ring np+ n+ Si+ Resistor Al -conductor 光子 SiO2 光子 p- 25~100 mm 電子・ホール対の生成 Substrate Substare p+ 雪崩増幅 1pixelの断面構造 MPPC LED ~ 1 mm APD（Avalanche Photo Diode ）が1pixelを構成している駆動電圧は60~80V MPPC駆動回路 10 MPPC Pulse Shape 1 p.e. (photo-electron) 2 p.e. (photo-electron) 1 p.e peak 2 p.e peak 1 p.e.の分解能が良い 11 それではILCの説明を終わりますありがとうございました！！ 12 Back Up 13 Linearity graph Nfire = (Mean - Pedestal)/d d = (SPP – Pedestal)/AMP 1600pixelのダイナミックレンジを明らかにオーバーしてしまっている→なぜ？？？ 14 従来の検出器（光電子増倍管）光子計数可能なデバイス真空管の一種  Gainの増幅率 106  15 Gainの算出方法 d d s Gain  A e Gainの算出式 A : Amp gain = 63 e : electron charge = 1.6 x 10-19 C S: ＡＤ変換で表される信号の電荷量 (0.25pc/count) C Gain  (VBias  Vo ) Gainの理論式 e C : Pixel Capacitance V0: Breakdown voltage 16 Set Up Gate (P.D.E.) Generator PC Gate Signal Delay input AMP ×63 0.5mm Pin Hole MPPC WLSF Green LED 交換する Voltage Voltage source Source PMT HV Thermostatic chamber 17 Gain (Previous Version sample result V0=aT+b a = (5.67 ± 0.03) x10-2 V b = 66.2 ± 0.1 V 18 Noise rate (Previous Version sample results) •30oC •25oC •20oC •15oC •10oC •0oC •-20oC Vbias – V0(T) [V] 19 Cross-talk Probability (Previous Version Sample results) ・30℃ ・25℃ ・20℃ ・15℃ ・10℃ ・0℃ ・-20℃ 2 pixel firedのSignalを crosstalkとする Pcrosstalk Rate( 1.5 p.e.)  Rate( 0.5 p.e.) Vbias – V0(T) [V] Vbias – V0 < 2.5Vの領域ではCrosstalkは 20 あまり増加しない測定方法 PMT(HPK製 H1161GS)とMPPCでそれぞれ測定した光電子数を比較し.P.D.Eを下の式から算出する P.D.E.MPPC NpeMPPC   P.D.E.PMT NpePMT Set Up PMT,MPPCに対して、同じ光量を当てるシステムが必要 MPPC PMT WLSF LED 0.5 mm f Pin-hole 21