リニアコライダーでのビームサイズ測定方法

リニアコライダーでの
ビームサイズ測定方法
東北大学
４年伊藤和俊
目次
1.
2.
3.
4.
ILC について
研究の目的
Simulation 結果
今後の計画
目次
1.
2.
3.
4.
ILC について
研究の目的
Simulation 結果
今後の計画
1.ILC について
ILC(International Linear Collider)とは:

TeV領域の重心エネルギーを持つ電子•陽電子衝突型線形加速器
ILCでの目的:


Higgs粒子や超対称性粒子の探索
トップクォークの精密測定などなど…
ILCのbeam

ILCでは Luminosity を高くするために、衝突点にお
いて beam をナノメートルの size にまで絞る。
5.7nm
beam bunch
639nm
この中に
21010個の粒子
300μm
衝突点での beam size は全ての上流部の影響を
受け、変動する。
Luminosity が低下してしまう
そのため衝突点付近で beam 情報を得て、
補正することが必要（Pair Monitor）
Pair Monitor
e+
e-
e+
e+
e-
e-
IP
電子•陽電子 beam の衝突
散乱された陽電
子の様子
Y
20μm
Y
e+ beam に対し
て散乱されない、
電子の様子
ビームの強い電場により、大量の
photon
が生成する。e
これがPair Monitor
+
,e ペアが対生成(Incoherent Pair Creation)し、
同電荷を持つ beam により散乱
e+ beam により
Detector 内の磁場により、らせん運動をして、Pair Monitor に衝突
X
X
Incoherent Pair Creation
•
Incoherent Pair Creation とは
•
•
2つの photon が相互作用
して、電子•陽電子 pair が
生成されること
Incoherent Pair Creation には
3つのプロセスがある
1. Breit-Wheler process
3%
2. Bethe-Heiter process
73%
3. Landau-Lifshitz process
Pair creation する方向は
Beam の進行方向
24%
ILC での beam と Pair Monitor
Incoherent pair creation の方向
Pair Monitor(e+ side) の
hit pattern
ee+
•電子はほとんど散乱しない
•陽電子は散乱して、ある
分布を成す
•X=2.8cm の位置に集まるのは、
crossing
angle(14mrad)
のため
目次
1.
2.
3.
4.
ILC について
研究の目的
Simulation 結果
今後の計画
研究の目的
•
Pair Monitor の hit 情報から、どのようにして衝
突点付近での beam 情報 (サイズ、粒子数、位
置など) を取り出すかを考える。
•
Pair Monitor の simulation は以前にも行われ
たが、現在の beam parameter(14mrad) での
simulation は行われていない。
Simulation について
Incoherent Pair の generator として KEKの横谷さんが作成
したシミュレーションソフト CAIN を用いた
主なパラメーター


•
5.7nm
重心系でのEnergy : 500GeV
beam bunch
300μm
639nm
Simulation 項目

beam の幅(x方向)を変えたときに、hit pattern
はどのように変化するか

beam の厚さ(y方向)を変えたときに、hit pattern
はどのように変化するか
5.7nm(厚さ)
beam bunch
300μm
639nm(幅)
目次
1.
2.
3.
4.
ILC について
研究の目的
Simulation 結果
今後の計画
Simulation 結果
ビームの幅を変えたときの hit pattern の変化
σx=1σ0x
σx=3σ0x
σx=5σ0x
Simulation 結果
ビームの厚さを変えたときの hit pattern の変化
σy=1σ0y
beam
H
L
σy=5σ0y
σy=2σ0y
H
σy=3σ0y
L
σy=7σ0y
H
L
σy=9σ0y
beam
H
L
H
L
H
L
Peak-to-Valley Ratio
定義 : Rpv = L / H
σy=1σ0y
H
Ratio が
この値なら
σy=3σ0y
2次関数で
fit すると…
L
L
H
σy=5σ0y
H
σy=2σ0y
L
ビームの厚さはこの値
σy=7σ0y
H
L
H
L
σy=9σ0y
H
L
目次
1.
2.
3.
4.
ILC について
研究の目的
Simulation 結果
今後の計画
今後の計画
ビームがずれて衝突したときに、どのように変化する
か

e+
y方向のずれ
e• ビームが回転しているときにはどうなるか
回転
 一様磁場ではなく、変形した磁場のときにどうなるか
四極磁石について
プラスの電荷を持った粒子が
スクリーンの手前から奥の方向に
飛んでいるとき
X[m]
Z[m]
anti-DID
pair creation の方向
おわり
Luminosity(輝度)
Luminosity の1次近似式
N2
L0 = ______  f [ m-2s-1 ]
4πσxσy
N
ILCでは
2.06  1038 [m-2 s-1]
= 2.06  10-5 [fb-1 s-1]
= the number of particles per bunch (2.05  1010)
σx,y = transverse dimensions of the beams at the plane z = 0
f
= bunch crossings per second (5  2625 s-1)
Luminosity に cross section σ をかけると、
単位時間に反応が起こる回数 Y がわかる。
Y = L0  σ
Beam bunch の作る電磁場
+ beam
Beam
の重心系での電磁場は
e
bunch の静止系での電磁場は
B’
__
E
=γβb
c
速度 βb
EE’ =γE
B=0
Beam bunch の電磁場による散乱
速度 β
e+
e-
E
B’ =γβb __
c
E’ =γE
速度 βb
e+ の受ける力 : 上向きに eE’ ( 1 + ββb )
散乱
e- の受ける力 : 下向きに eE’ ( 1 + ββb )
振動

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