ILD検出器の概要 筑波大学 村雨梓 Index • ILD検出器について – 主要な装置（VTX,TPC,CAL etc） – 求められる性能 • 筑波大学の研究について Interna4onal Linear Collider 一兆円規模の国際プロジェクト 世界最大の電子陽電子衝突型線形加速器 崩壊点検出器はe+e-‐衝突点の最も近傍に設 置される検出器 目指す物理 ①Higgsの精密測定 ②トップクォークの精密測定 ③標準理論を超える物理の探索 Interna4onal Linear Collider 一兆円規模の国際プロジェクト 世界最大の電子陽電子衝突型線形加速器 目指す物理 ①Higgsの精密測定 ②トップクォークの精密測定 ③標準理論を超える物理の探索 Interna4onal Large Detector 電子ビームと陽電子ビームの衝突点 にある二つの検出器 Interna4onal Large Detector 電子ビームと陽電子ビームの衝突点 にある二つの検出器 ILD検出器の主な装置 ILD検出器 VTX…崩壊点を精密に測定 b/c quark tagging TPC…荷電粒子の飛跡を再構成し 運動量を測定 CAL…カスケードシャワーを利用し、 入射粒子のエネルギー を測定する μ検出器…ミューオンを同定する 崩壊点検出器 ■崩壊点検出器はe+e-‐衝突点の最も近傍に設置される検出器■ ■役割 bクォーク、cクォークの同定 (~数μmの精度が求められる) ■ILCの目指す物理 Higgs粒子の精密測定 Higgs機構の検証 →軽いHiggs粒子はbb,cc,ggに多く崩壊 TPC(Time Projec4on Chamber) ■TPCはILD検出器の主飛跡検出器■ 荷電粒子の飛跡を再構成し運動 量を測定 高精度運動量分解能 高効率飛跡検出能力 CAL ■入射粒子のエネルギーを測定する検出器■ n サンプリング型カロリメータ ¨ ¨ ¨ 吸収体と検出体を交互に組み合わせた積層型 エネルギー分解能は全吸収型に劣る 低コスト 物質に入射した粒子が生成する二次粒子群は， さらに二次粒子を生成する．この過程は新たな粒 子を生成できるエネルギーを下回るまで続き，粒 子数が指数関数的に増大する 要求される性能 ILC実験に使う検出器への要求まとめ • ILCで観測される現象はジェットを含むイベントが多い。 ・高いエネルギー分解能が必要 ⇒Z(90GeV)とW(80GeV)ボソンを区別するため ・b,cクォークの識別が高精度で可能 ⇒Higgs粒子の崩壊分岐比を精査するため ・十分広い立体角を隙間なく覆う事が重要 ⇒ニュートリノという観測されない粒子のため 要求されるJER(Jet Energy Resolu4on) • 識別に必要な JER 準 基 W , Zの区別が付く！←これらの質量差は10GeV &Wの崩壊幅 2.1GeV Zの崩壊幅 2.5GeV ex.) e e -‐>ννWW, e e -‐>ννZZ + -‐ + -‐ →検出器の性能を向上させるだけでは厳しい。。。 →PFAを導入するとこのJERは達成できる！？ 要求されるJERの達成？ 要求されるJER 実は、単純に検出器の性 能を挙げるだけでは限界 PFAの導入 カロリメータの細分化 PFA(Par4cle Flow Algorithm) ■高いエネルギー分解能を達成するためのアルゴリズム■ ジェットを構成する粒子 : 荷電粒子65%、光子25%、中性ハドロン10% →荷電粒子のほとんどはハドロン 器 出 の検 従来 分割されていない カロリメータ 従来の検出器では、ECALとHCALの トータルなエネルギーとして測定 HCALのエネルギー分解能は良くない シャワー トラックに帰属する エネルギーを飛跡 検出器で測定 無帰属エネル ギーのみをカロリ メータによって測 定 PFA(Par4cle Flow Algorithm) PFAでは トラックlに帰属するエネルギーと 帰属しないエネルギーの弁別 荷電粒子：飛跡検出器 中性粒子：カロリメータ PFA の情報を用いる。 電磁カロリメータにおいて 分割されていない カロリメータ 細分割型の カロリメータ ・荷電粒子と中性粒子を混合しな いように空間的に分離できなくて はならない このためカロリメータの細分化が 重要となる。 シャワー PFA(Par4cle Flow Algorithm) ❖ HCalのエネルギー分解能が悪いため、荷電粒子 には飛跡検出器の情報を、光子や中性ハドロン に対してはカロリメータの情報を用いてエネル ギー測定を行うというもの。 1. カロリメータにおいてジェット中の各粒子に対応す るクラスターを再構成する 2. 飛跡検出器で荷電粒子の飛跡より運動量を測定 する 3. 飛跡検出器で測定した荷電粒子に対応するカロ リメータのクラスターを取り除く 4. 飛跡検出器で測定した荷電粒子の運動量と、カ ロリメータで測定した中性粒子のエネルギーを用 いてジェットのエネルギーを再構成する 18 ILD-‐ECAL • ILD-‐ECAL sensorについて 以下の２種類が候補になっている 検出器全面がSiセンサー 極小のSiセンサー(MPPC) ECALの吸収層は共にtungstenを採用。厚み2mm~4mm Moliere Radius が小さく、X0短く、λ1長い Sc-‐E 成 構 CALの シンチを交差させることで、 5mm×5mmの位置分解能を再現 45mm(L)×5mm(W)×2mm(T) 筑波大学におけるILC用カロリメータの開発の取り組み（修論，卒論） • タイルファイバー型ハドロンカロリメータ開発（KEK testbeam）１９９６－１９９９ • 補償型ハドロンカロリメータ開発（KEK and Fermilab testbeam） １９９８－２００１ • ハドロンシャワー、電磁シャワー、PFAの研究 ２０００－２００６ • ストリップタイルファイバー型カロリメータ開発（KEK test beam) ２００２－ • 光検出器MPPCの開発 ２００６－ – – – – – – – – – – – – – – – Study of JLC Hadron Calorimeter (1998.1) 鈴木隆史 JLC ハドロンカロリメーターのためのタイル／ファイバー系の研究 (1998.1) 北條大介 JLC ハドロンカロリメータ試作器の性能評価 (1999.2) 石崎智子 JLC補償型ハドロンカロリメータの開発研究 (2000.1) 中川 敦子 タイル/ファイバー型ハドロンカロリメータ試作器の製作および性能評価とそれを用いたハドロンシャワーの研究 (2000.2) 大田辰郎 Measurement of Performances of Compensating Lead/Plastic-Scintillator Tile/Fiber Calorimeter (2001.2) 魚住聖 JLC実験におけるジェットエネルギー測定アルゴリズムの研究 (2002.2) 石澤 善雄 ハドロンシャワーの奥行き方向の揺らぎの研究 (2002.2) 中田 有一 電磁シャワーの発達と揺らぎの研究 (2003.2) 山田 豊 リニアコライダー実験におけるジェット再構成の研究 (2004.2) 山本 澄江 ハドロンシャワーの奥行き方向の揺らぎの解析とそのシミュレーション (2004.2) 松本 偉史 リニアコライダー実験用カロリメータの設計研究 (2006.2) 山口佳博 JLCストリップ・ファイバー電磁カロリメータの性能研究 (2003.2) 関口 克巳 リニアコライダー実験用ストリップ・ファイバー電磁カロリメータの性能評価 (2005.2) 山内 伸 リニアコライダー実験用ストリップ・ファイバー電磁カロリメータのビームテストによる性能研究 (2005.2) 永野 あい – – – – – – – リニアコライダー実験用カロリメータのための光検出器MPPCの開発研究 (2007.2) 前田高志 リニアコライダー実験用カロリメータの読み出しに用いるマルチピクセル光検出器MPPCの開発研究(2007.2)須藤祐司 リニアコライダー実験用カロリメータの読み出しに用いられる光検出器MPPCの放射線耐性の研究(2008.2) 山崎秀樹 ILCカロリメータ用光検出器MPPCの基礎特性のピクセル数依存性の研究(2008.2)高橋優介 リニアコライダー実験用細分割カロリメータに用いられる光検出器MPPCの長期安定性の研究(2010.2) 高橋優介 ILCカロリメータ用光検出器MPPCのピクセル数増加による基礎特性変化の研究(2010.2) 倉本綾佳 リニアコライダー実験用細分割カロリーメータに用いる光検出器MPPCの応答線形性の研究 (2011/2) 小池博子 – ILC 用細分割電磁カロリメータに用いる光検出器MPPCの応答線形性の研究 (2013/2) 渕 遼亮 – ILCカロリメータ用光検出器 MPPC の時間分解能の研究 (2014/2) 吉田昂平 • リニアコライダー実験用細分割電磁カロリメータ試作機のテストとその理解 ２００８－ – – – リニアコライダー実験用細分割電磁カロリメータのビームテストによるエネル ギー較正と基本性能評価(2009.2) 生野利典 リニアコライダー実験用細分割電磁カロリメータのビームテストによる性能試 験とπ0中間子生成事象の再構成(2009.2) 須藤祐司 リニアコライダー実験用細分割電磁カロリメータの応答一様性の評価 (2011/2) 田中航平 自分の研究概要 back-‐up ILC実験に期待する物理 – ヒッグス粒子の精密測定 – 標準理論を超える新しい物理の発見 – Ex) SUSY,余剰次元,ダークマター etc ILCではヒッグス粒子の探索と精密な測定が大きな目 的の１つ 果たしてHiggs粒子なるものは存在するのか？ LHCで発見された新粒子がHiggs粒子だとしても、それは本当に標 準模型で予言されていたHiggs粒子なのか？？ 24 Higgs粒子の全容解明 ⇒結合定数の法則の測定が重要になってくる。 質量と結合を精密に測定 する事により mi = gi v を満たすかをテストする。 Higgsの自己結合についてはLHCで は見れない。 25 検出器への要求まとめ 250GeV dominant ZH過程 主 ZH 生 成 過 程 250GeV ss == 250GeV μ μ 検出器への要求まとめ 250GeV dominant ZH過程 ZH mass peak 125GeV recoil ma μ ssを 再 構成 μ s = 250GeV W+W-‐ Z+Z-‐ 崩 壊 分 岐 比 Z -‐> j j 125GeV Jetのエ ネルギ ー測定 が鍵！ 観測されるJet事象が 81%にも及ぶ！！ どれくらいのJet Energy Resolu4onが必要か？
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