超高速フォトン検出器の開発

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本研究では、今後高エネルギーかつ高統計となる高エネルギー実験に広く応用が可能なマイクロチャネルプレート複合型光電子増倍管(MCP-PMT)を用いたフォトン検出器の開発を行った。2001年度の重イオンを用いたビームテストで用いたMCP-PMTによるチェレンコフカウンターを素粒子実験に応用するため、2002年度は、パイ中間子の検出実験を高エネルギー加速器研究機構内のパイ2ビームラインで行った。本実験では、断面が25mm角で長さ105mmのクォーツ材を輻射体に用いた。運動量2GeV/cのパイ中間子により発生したチェレンコフ光は、輻射体内部を内部反射により伝播し、MCP-PMTの光電面に達する。今回は、集光をせずにチェレンコフ光の検出実験を行った。正電荷のパイ中間子ビームには、陽子が混ざっており、速度が異なるため飛行時間により分離が可能である。さらに、運動量およそ1.5GeV/c以下では、陽子はクォーツ中でチェレンコフ光を発生しない。今回は、219cm離して2基の内部反射型チェレンコフカウンターをビームライン上に設置して、ビームテストを行った。運動量が2GeV/cのデータには、パイ中間子ビームからの信号に加えて、陽子のビームからと思われるチェレンコフ光の信号を確認できた。時間分解能は、およそ200ピコ秒となりチェレンコフ光の発生点と伝播経路の揺らぎが支配的な結果となった。今後、光学系を有焦点化することなどにより、時間分解能の向上を図る予定である。