PowerPoint プレゼンテーション

0
FPCCDバーテックス検出器における
ペアバックグラウンドの評価
4年生発表
2010/03/10
素粒子実験グループ
釜井大輔
イントロダクション
国際リニアコライダー
バーテックス検出器
FPCCDシミュレーションソフト
FPCCDバーテックス検出器におけるペア
バックグラウンドの評価
ペアバックグラウンドの除去
まとめ
1
国際リニアコライダー（ILC）
ILCとは
電子と陽電子を衝突させる線形の加速器
全長 : 約30 km
重心エネルギー : 最大500 GeV(第1フェイズ)
最大ルミノシティー : 2×1034 cm-2s-1
ILCの目的
ヒッグス粒子の精密測定
超対称性模型・余剰次元・リトルヒッグスなどの
新物理の検証
バーテックス検出器
ILC測定器
2
3
バーテックス検出器
ヒッグス結合
バーテックス検出器の目的
 飛跡検出
 粒子の崩壊点の精密測定
 b, c, τの同定
→ ヒッグス結合と質量の相関を測定
→ヒッグス模型の検証
ヒッグス結合と質量の相関
1
W H
Z
t
0.1
0.01
ct
1
b
10
100
質量(GeV)
FPCCD バーテックス検出器
y[mm]
e-
θ＝24.9º
60
58
e+
θ＝16.5º
θ＝14.4º
39
37
18
16
θ
62.5
125
Z ビーム軸
[mm]
4
バーテックス検出器の要求性能
e-
200 ms
e+
バンチ
1トレイン
1バンチ
ee+
e+
eバンチ
ペアバックグラウンド
•バーテックス検出器の読み出し
 トレイン間の200 msに読み出しを行う
•ペアバックグラウンドによるピクセル占有率
 20µm×20µm程度のピクセルサイズでは占有率~10%
 要求占有率は<0.5%
解決策
 1トレインのデータを分割して保存して読み出す
技術的に困難
 ピクセルサイズを小さくする
現在の技術で実現可能
FPCCDバーテックス検出器
FPCCDバーテックス検出器の性能についてのシミュレーションを行っている
5
FPCCDシミュレーションソフト
6
FPCCDシミュレーションのためのソフトの開発
FPCCDについてシミューレションをするためには、ピクセル
ごとのヒットをシミュレーションすることが必要
→ FPCCDシミュレーションソフトを開発した
FPCCDシミュレーションソフト
 ILCのシミュレーションソフトウェアパッケージの一部
 シミュレーションにおけるバーテックス検出器のヒット
点をデジタル化する
― ピクセルサイズ： 5µm×5µm×15µm
7
FPCCDシミュレーションソフトのアルゴリズム

アルゴリズム概要
1. 粒子がヒットした点と、その点での運動量を取得
2. それらの情報を各ラダーごとのローカル座標系に変換
3. それらの情報から粒子の飛跡を直線として算出
4. 飛跡と交わったピクセルの位置をグローバル座標系に変換
座標系
YG
ヒット点からピクセルのヒットへのデジタル化
ZL
5µm
YL
ピクセルのヒット
XL
粒子がヒットした点
粒子の飛跡
ラダー
XG
XL
ラダー
5µm
YL
ZG
8
FPCCDシミュレーションソフトの性能評価
評価方法
 ピクセルヒット数は幾何学的計算によって予測できる
→1000イベント分の平均ヒット数と幾何学的予測とを比較する
イベント
 原点からy-z平面上にミューオンを１つずつ飛ばす
運動量： 200 GeV
 方向： θ = 90°, 75°, 60°, 45°, 30°, 18°, 15°
 イベント数： 1000イベント

FPCCD バーテックス検出器
y [mm]
θ＝24.9º
レイヤー3b
レイヤー3a
60
58
レイヤー2b
レイヤー2a
レイヤー1b
レイヤー1a
θ＝16.5º
39
37
θ＝14.4º
18
16
θ
62.5
125
z ビーム軸
[mm]
9
FPCCDシミュレーションソフトの性能評価の結果
 ピクセルヒット数のθ依存を調べた
 幾何学的計算によって得たピクセルヒット数
 FPCCDシミュレーションソフトを使った解析
でのピクセルヒット数
両者を比較して性能を評価した
y
B
0
Z
θ ビーム軸
x
予測とシミュレーションのヒット数の差分
ピクセルのヒット数のθ依存
デジタル化後
幾何学的予測
予測
90
75
60
45
30
15
[degree]
90
75
60
45
30
15
FPCCDシミュレーションソフトは正しく動作している
[degree]
10
ペアバックグラウンド解析
11
ビームパラメータ
•3つのビームパラメータについて解析を行った
RDR-Nominal
−1トレイン2625バンチ
RDR-LowP
RDR-Nominalのバンチ数を半分にして電力消費を抑えたモデル
−1トレイン1312バンチ
SB2009wTF
RDR-LowPにトラベリングフォーカスという技術を用いてルミノシ
ティをあげたモデル
−1トレイン1312バンチ
12
ペアバックグラウンド解析
 目的
 各パラメータについてピクセル占有率を見積もる
 ペアバックグラウンド除去のアルゴリズムを開発する
解析に用いたデータ
 ビームパラメータ
解析したデータ数
 RDR-Nominal
( 168 BX )
 RDR-LowP
( 63 BX )
 SB2009wTF
( 59 BX )
 重心エネルギー : 500 GeV
 測定器モデル : ILD_00fwp01
 閾値無し
―ピクセルをかすめた飛跡もカウント
―デポジットエネルギーは考慮していない
13
ペアバックグラウンドによるピクセル占有率
 ペアバックグラウンド１トレインによるピクセル占有率を調べた
 1トレインあたりのバンチ数
― RDR-Nominal : 2625
― RDR-LowP : 1312
― SB2009wTF : 1312
▷ピクセル占有率（１トレインあたり）
レイヤー
RDR-Nominal
RDR-LowP
SB2009wTF
1a
4.07%
5.79%
5.39%
1b
2.33%
3.05%
3.02%
2a
0.125%
0.185%
0.163%
2b
0.0935%
0.128%
0.146%
3a
0.0209%
0.0314%
0.0333%
3b
0.0191%
0.0336%
0.0274%
ピクセル占有率はレイヤー1aで１トレインあたり~6%
→ペアバックグラウンド除去をして占有率を減らすことができないか考えた
ペアバックグラウンド除去
 ペアバックグラウンド除去アルゴリズムの開発
 ピクセルのヒットパターンを解析して電子トラックとペア
バックグラウンドとの分離を行う
 ペアバックグラウンド粒子が螺旋軌道を描くことを利用
する
 電子イベント
 原点から1つずつ電子を飛ばす
 運動量： 50 MeV, 100 MeV, 500 MeV, 1 GeV
 方向：全方向に等確率で分布
 イベント数： 5000イベント
14
15
Z方向のピクセル数（ＬZ）とZとの相関
 LZとZとの相関を比較
y
B
z
0
ビーム軸
x
電子イベント
ペアバックグラウンド
r-z平面
･直線的な軌道
→LZがZに比例する
r-z平面
･螺旋を描いた軌道
→LZがZに依存しない
LZがZに比例しないものをバックグラウンドとして除去
16
Z方向のピクセル数とZとの相関
 レイヤーごとにLZとZとの相関を調べた
1 GeV電子
LZ
レイヤー1a
-60
0
レイヤー2a
60 z[mm] -100
0
レイヤー3a
100 z[mm]
-100
0
100 z[mm]
ペアバックグラウンド
LZ
レイヤー1a
-60
0
レイヤー2a
60 z[mm] -100
0
レイヤー3a
100 z[mm]
1 GeV電子ではLZとZが比例している
ペアバックラウンドではLZがZに依存しない
-100
0
100 z[mm]
17
Z方向のピクセル数とZとの相関でのカット
 LZとZとの相関についてのカットをかける
5µm
レイヤー
15µm
LZ
直線的な
飛跡
カット条件の算出
LZ = Z×15µm/R
典型的なピクセル数 : X/5µm = 3Z/R
R : レイヤー半径
Z
LZ
LZ
1 GeV 電子
カット
カット
Z[mm]
Z[mm]
ペアバックグラウンド
LZ > (3Z/R-2) ,LZ < (3Z/R)の飛跡をカット
18
Φ方向のピクセル数（ＬΦ）
 Φ方向のピクセル数（LΦ）を比較
y
r
B
Φ
0
電子イベント
ペアバックグラウンド
r-Φ平面
･直線的な軌道
→LΦは１、２個程度
x
r-Φ平面
･螺旋を描いた軌道
→LΦが比較的大きい
LΦが一定値以上のものをバックグラウンドとして除去
19
Φ方向のピクセル数（ＬΦ）
 レイヤーごとにLΦを調べた
1 GeV電子
LΦ
レイヤー1a
-60
0
レイヤー2a
60 z[mm] -100
0
レイヤー3a
100 z[mm]
-100
0
100 z[mm]
ペアバックグラウンド
LΦ
レイヤー1a
-60
0
レイヤー2a
60 z[mm] -100
0
レイヤー3a
100 z[mm]
-100
1 GeV電子ではLΦが1,2個に集中している
ペアバックラウンドでは3個以上にも広く分布している
0
100 z[mm]
Φ方向のピクセル数（LΦ）
20
 LΦについてのカットをかける
Φ方向のピクセル数（LΦ）
・レイヤー1aでの分布の比較
LΦ
LΦ
1 GeV電子
カット
カット
Z[mm]
Z[mm]
ペアバックグラウンド
LΦ > 2の飛跡をカット
21
バックグラウンド除去の結果
 カットの条件
レイヤー1a,bについて
 LZ ≤ (3Z/R), LZ ≥ (3Z/R-2)
 LΦ ≥ 3
を満たす飛跡をカット
レイヤー
R : レイヤー半径
Z
選択効率[%]
レイヤー
50 MeV
1a
46.99
89.82
96.22
97.98
1b
46.61
81.63
97.45
99.42
100 MeV 500 MeV
実効ピクセル占有率[%]
レイヤー
RDR-Nominal
SB2009wTF
RDR-LowP
1a
0.129
0.168
0.167
1b
0.0825
0.106
0.105
1 GeV
カット後のヒット数
選択効率 =
カット前のヒット数
カット後のペアバックグラウンド
実効ピクセルによってヒットしたピクセル数
占有率 =
レイヤーの全ピクセル数
選択効率は1 GeV電子で~98%,50 MeV電子で~50%
ペアバックグラウンドの実効ピクセル占有率はレイヤー1aで0.17%
まとめ
 FPCCD デジタイザーが正常に動作することを確認
 バーテックス検出器におけるペアバックグラウンドの評価
 閾値無し
1トレインあたりのピクセル占有率は~6%
 ペアバックグラウンド除去
 ペアバックグラウンド除去のアルゴリズムを開発を開始
― 選択効率は1 GeVで~98％,50 MeV電子で~50%
― ペアバックグラウンドの実効ピクセル占有率は0.17%
 予定
 より効率的なカットを考える
― 50 MeV電子の選択効率をあげる
22

Download Report