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。

The new particle recognition device uses the "GasPM (Gaseous PhotoMultiplier)" optical detector to understand the operation. The GasPM trial machine (sensing area 30×30mm^2) was illuminated by a computer at the Nagoya University Building. For this reason, GasPM's photoelectric surface LaB6, high resistance plate, photoelectric multiplication, R134a and SF6, 9:1, mixed mode, 170μm and 3.0kV can be used. 3.3×10^6 photons, 25 seconds and 1 photon time resolution energy are obtained. The optimal time decomposition energy is obtained by using the optical detector with the same sensitivity. GasPM's signal quality rises 0.2 ns after the signal quality rises, photon feedback (ultraviolet light generated in the amplitude increase), photoelectron generation, and other amplitude increase), and GasPM's action is completely understood. The accuracy of photon feedback is estimated to be 30%. This is an important topic for GasPM to use. The test results show that GasPM has been used to design and manufacture a test machine for new particle recognition devices. This is the first time I've ever seen such a thing.

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