1. No category

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？