高時間分解能光検出器による究極の粒子識別装置の開発

使用高时间分辨率光电探测器开发终极粒子识别装置

• 批准号: 21H01091
• 负责人: 松岡 広大
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01091/
• 关键词: 粒子識別; 高時間分解能; GasPM; ガス増倍; Photon feedback

新型粒子識別装置で用いるガス増倍型光検出器「GasPM (Gaseous PhotoMultiplier)」の動作を理解するため、名古屋大学に構築したテストベンチで、GasPM試作機（有感面積30×30mm^2）にピコ秒パルスレーザーを照射する試験を行った。ここでは、GasPMの光電面にLaB6、高抵抗板にテンパックス、光電子増倍用のガスにR134aとSF6を9:1で混ぜたガスを使用し、170μmのガスギャップに3.0kVを印加する条件で行った。3.3×10^6のゲイン、25ピコ秒の1光子時間分解能が得られた。これは同程度の有感面積を持つ光検出器としては最も優れた時間分解能である。また、レーザー光によるGasPMの信号のタイミングから0.2nsほど遅れて出てくる信号の原因が、photon feedback（アバランシェ増幅中に生成される紫外線が光電面に当たって光電子が生成され、それが別のアバランシェ増幅を引き起こすこと）であると突き止め、GasPMの動作が完全に理解できた。なお、photon feedbackの発生確率は30%と推定された。これをいかに抑えるかが、GasPMを実用的な光検出器として活用する上での重要な課題の1つである。この試験結果を元に、GasPMを応用した新型粒子識別装置の試作機を設計し、1台製作した。また、この試作機を宇宙線で試験するためのテストベンチをKEKに構築した。

为了了解新粒子识别设备中使用的气体繁殖光电探测器“ GASPM（气态光电倍增剂）”的操作，进行了一项测试，以用picosecond Pulse激光在Nagoya University建立的测试台上照射gaspm原型（30 x 30 mm^2）。在这里，将气体与LAB6混合，用于gaspm的光电表面，高电阻板的TenPAX，R134A和SF6在9：1时用于光电层次气体，将3.0kV应用于170μm的气体隙。获得了3.3×10^6的增益，并获得了25个皮秒的单光子时间分辨率。这是具有相似灵敏度区域的光电探测器的最佳时间分辨率。此外，我发现信号的原因比激光光引起的gaspm信号的时间晚约0.2n，这是光子反馈（在雪崩扩增过程中产生的紫外线射线触发光电表面以产生光电子，从而产生光电子，这会导致另一个avalanch gamplanche gomplification），并且我能够完全理解我的操作。此外，光子反馈发生的可能性估计为30％。如何抑制这是使用GASPM作为实际光电探测器的重要挑战之一。根据该测试的结果，我们为使用GASPM并制造的新粒子标识设备设计了一个原型。此外，在KEK上构建了一个测试台，用于用宇宙射线测试该原型。

项目成果

Overview of the Belle II experiment

Belle II 实验概述

• 发表时间: 2022
• 作者: Kitajima Naoya;Tada Yuichiro;Yokoyama Shuichiro;Yoo Chul-Moon;Kodai Matsuoka
• 通讯作者: Kodai Matsuoka