高エネルギー実験での粒子識別の為の時間分解能10ピコ秒をもつ飛行時間測定器の開発

开发时间分辨率为10皮秒的飞行时间测量仪，用于高能实验中的粒子识别

• 批准号: 11740136
• 负责人: 佐藤 進
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11740136/
• 关键词: 飛行時間測定器; 時間分解能; 高エネルギー実験; チェレンコフ光; 飛行時間; 光電子増倍管; シンチレーション光; ピコ秒

高時間分解能を達成するにあたって、シンチレーション光よりも閃光性の高い(ナノ秒以下)チェレンコフ光の利用を試みた。時間特性はチェレンコフ光光子数の統計による為、光量の減衰と喪失を最小限にする必要があった。昨年11年度に於いては、光学系の最適化(チェレンコフ光発光媒体長、集光用鏡面の曲率、光電子増倍管の設置位置)を行い、第一回目の検出器作成を行った。同検出器を平成11年12月に高エネルギー物理学研究機構T1ビームラインに於いて、2GeV/cのπ中間子を用い性能評価を行った。結果は時間分解能は40ps程度と高分解能であるが、設計値を下回った。この原因として、ビームと測定器のミリメートルオーダーの軸のずれが集光の可不可を決めることが理解された。これを受け本年12年度には、チェレンコフ光発光媒体と集光用鏡面の一体化により、光学系の精度向上をはかった。本年度予算を用い、第二号機の検出器製作を行い、平成12年12月下旬に、上記T1ビームラインで2GeV/cのπ中間子を用い、再度性能評価を行った。今回はPersonal Computer上で汎用性の高いLinuxベースの、オンライン解析-体型のデータ収集系を用いた。これにより、昨年度問題になった、ビーム軸と検出器の軸のずれを測定初期において較正し測定に臨むことが出来た。この結果、時間分解能16.8p±1.2(stat.)±1.8(sys.)という、目標の10ps台を達成することが出来た。更なる時間分解能向上には、(1)光学媒体の短波長領域での光透過性、(2)光電子増倍管の増幅時間分布幅(TTS)の二者に、さらに性能の良いものを用いることが次の一手である事も視野に入った。上記平成13年に得られた実験解析結果は、Nuclear Instruments and Method等の論文に発表するため、モンテカルロ計算との比較を現在行っている。

在实现高时间分辨率时，我们尝试使用Cherenkov Light，其闪光（小于纳秒）比闪烁光的光更高。时间特征基于Cherenkov光子计数的统计数据，因此必须最小化衰减和光的损失。在2011财年中，对光学系统进行了优化（Cherenkov Light Impriment Medudment Repenty，光浓度镜面的曲率以及光电层管管的位置），并创建了第一个检测器。该检测器于1999年12月在美国国家高能物理研究所的T1梁线上使用2 GEV/c Piones进行了评估。结果是大约40ps的高分辨率，但其设计值低于设计值。众所周知，这是原因是轴在光束的毫米和测量仪器上的偏差决定了无法收集光线的偏差。为此，在2012财年中，通过整合Cherenkov的发光介质和镜面以进行光收集来提高光学系统的准确性。使用本财政年度的预算，我们为第2单元制造了探测器，并在2000年12月下旬使用了T1梁线上的2GEV/c PIONES进行绩效评估。这次，我们在个人计算机上使用了基于Linux的广泛使用的在线分析数据收集系统。这使我们能够在测量开始时校准梁轴和检测器轴之间的偏差，这是一个问题，并进行测量。结果，我们能够达到10PS的目标范围，时间分辨率为16.8p±1.2（stat。）±1.8（sys。）。下一步是进一步改善光学介质的时间分辨率：（1）光层层管的光电层宽度（2）放大时间分布宽度（TTS），这是下一步。目前正在将2001年获得的上述实验分析结果与蒙特卡洛计算进行了比较，以便在诸如核仪器和方法等论文中发表。