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CALET 熱構造モデルを用いた CERN-SPS ビーム実験 (2012) の概要

CALET 熱構造モデルを用いた CERN-SPS ビーム実験 (2012) の概要. 赤池陽水 , 鳥居祥二 A , 笠原克昌 A , 小澤俊介 A , 小谷太郎 A , 中川友進 A , 植山良貴 A , 仁井田多絵 A , 中村政則 A , 吉田圭佑 A , 片平亮 A , 金子翔伍 A , 村田彬 A , 田村忠久 B , 　吉田健二 C , 片寄祐作 D , 清水雄輝 E , 寺澤敏夫 , J. W. Mitchell F , P. S. Marrocchesi G , 　　　　　　他 CALET チーム

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CALET 熱構造モデルを用いた CERN-SPS ビーム実験 (2012) の概要

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  1. CALET熱構造モデルを用いたCERN-SPSビーム実験(2012)の概要CALET熱構造モデルを用いたCERN-SPSビーム実験(2012)の概要 赤池陽水, 鳥居祥二A, 笠原克昌A, 小澤俊介A, 小谷太郎A, 中川友進A, 植山良貴A, 仁井田多絵A, 中村政則A, 吉田圭佑A, 片平亮A, 金子翔伍A, 村田彬A, 田村忠久B, 　吉田健二C, 片寄祐作D, 清水雄輝E, 寺澤敏夫, J. W. MitchellF, P. S. MarrocchesiG, 　　　　　　他CALETチーム 東大宇宙線研, 早大理工研A, 神奈川大工B, 芝浦工大C, 横国大工D, JAXA/SEUCE, NASA/GSFCF, Siena Univ.G

  2. CERN実験(2012)の目的 ■ 実験目的 　・ 熱構造モデルを用いた検出器の性能評価 　・ シミュレーションモデルの最適化 ■ 実験予定 　場所：CERN-SPS加速器 　日時： 　・ 2012年9月24日~10月7日 p~Fe ： 20 ~ 158 GeV/n 　・ 2012年10月8日~10月15日: 　　　　電子 : 8 ~ 250 GeV 　　　　陽子 : 30 ~ 350 GeV CERN-SPSのビーム予定 発表内容 • CERN(2012)実験における検出性能と検証項目について報告

  3. ビーム実験の検出器構成 フライトモデルとの違い ■ CALET熱構造モデル ・ フライトモデルと同じ構造 - 寸法、サポート構造 　今回の実験では使用する検出器数が 右表のように異なる IMC + CHD • ■ Si Tracker • Si strip 入射位置検出用 • 9.4cm x 9.4cm • Pitch 732 um • 128ch x (X,Y) x 6 Layers • Si pixel 入射電荷測定用 • 9.0cm x 9.0cm • Pixel area : 1.125cm2 • 4 Layers • Δz = 0.1~0.35 (p~Fe) Trigger Scinti. (muon) TASC Si Tracker Trigger Scinti. Beam HV Box Support Structure ■PWO ■Brass Moving Table

  4. CERN実験（２０１1）との比較 • CERN2011 • 構造 : 総物質量（30X0） シンチレータのみを重ねた構造 • 読み出し方向 : X側のみ • 入射粒子 : μ粒子、電子、陽子 • CERN2012 • 構造 : 総物質量（30X0） フライトモデルと同じサポート構造 • 読み出し方向 : X, Y両側 • 入射粒子 : μ粒子、電子、陽子、 　　　　　　　　　 原子核 (p ~ Fe) TASC IMC + CHD beam IMC + CHD TASC beam CERN実験(2012) • 熱構造モデルを使用することで、 フライトモデルを模擬した装置構成による性能検証が可能 • 原子核成分の測定性能を新たに検証予定

  5. 装置構造による電子シャワーエネルギーの差異装置構造による電子シャワーエネルギーの差異 IMCのエネルギー損失 装置構造による違い： ・ IMCにおけるエネルギー損失量は、 　ほとんど変化なし ・ TASCでは、シャワー発達が遅くなり、 　総エネルギー損失量が小さくなる ― CERN(2011) ―CERN(2012) 電子100GeV シミュレーション：EPICS v9.131 (Cosmos7.631) N [MIPs] TASCにおけるエネルギー遷移曲線 TASCのエネルギー損失 ― CERN(2011) ―CERN(2012) ― CERN(2011) ―CERN(2012) 電子100GeV 電子100GeV N [MIPs]

  6. 装置構造による電子・陽子シャワーの横拡がりの差異装置構造による電子・陽子シャワーの横拡がりの差異 CERN(2011)のシャワーの横拡がり TASC中のシャワーの横拡がり ―電子 150GeV ―陽子 350GeV • Deposit Energy in i,jth PWO • Position of Shower Axis • Position of jth PWO CERN(2012)のシャワーの横拡がり ―電子 150GeV ―陽子 350GeV 装置構造による違い： ・ 同様の解析手法で、 　シャワーの横拡がりが大きくなる

  7. 原子核測定によるシミュレーションモデルの検証原子核測定によるシミュレーションモデルの検証 シミュレーション：EPICS v9.131 (Cosmos7.631) • ハドロン相互作用モデルによる依存性 • エネルギー測定 • シャワーの横拡がり • ⇒　CALETに最適なモデル検証 相互作用モデル ―dpmjet3 ―dpmjet3 < 80GeV < qgsjet2 ―phits < 2GeV < dpmjet3 ―phits < 2GeV < jam TASC中におけるエネルギー損失 TASC中のシャワーの横拡がり 例)C 158GeV/n 例)C 158GeV/n

  8. 陽子・原子核成分の粒子識別　(後方散乱) 原子核入射位置におけるCHDの エネルギー損失 (シミュレーション) ■ 電荷識別 (30GeV/n) ―p ―He ― B (3%) ―C 後方散乱あり 後方散乱なし 入射位置におけるCHD, IMCの 電離損失量から識別 ⇒ 後方散乱の影響の程度を調べる CHD単体の電荷分解能 (Ni1.3GeV破砕核の照射実験 @GSI加速器) 原子核入射位置における IMCのエネルギー損失 CHD-X,Yの相関 ―p ―He ― B ― C ―p ―He ― B ― C Δz < 0.3(z<Fe) P.S.Marrocchesi et al, 2011

  9. IMC + CHD TASC TASCにおける代替物質の影響 ■ PWOは各層3本ずつ使用する （フライトモデルは16本） ⇒ 残りのPWO部分の代替物質の影響を 　シミュレーションで検証 　・ TASCのエネルギー損失 　　・ 後方散乱 Beam ■PWO ■Brass CHDのエネルギー損失(後方散乱粒子を含む) TASCのエネルギー損失 --- Full-PWO(full readout) ― Full-PWO ― PWO & Brass ― Full-PWO ―PWO & Brass P 350GeV ⇒ 真鍮代用の 　影響はない P 350GeV

  10. まとめ 2012年9月-10月に、CERN-SPS加速器において熱構造モデルを用いたCALETのビーム照射試験を実施予定 入射粒子 電子: 8 ~ 250 GeV 陽子: 30 ~ 350 GeV 原子核(p~Fe): 20 ~ 158 GeV/n ⇒ 特に原子核成分では最適なハドロン相互作用モデルの検証 熱構造モデル フライトモデルと同じ寸法、同じサポート構造 ⇒ 構造に依存する検出性能の違いを評価 実験結果を基にシミュレーションモデルの最適化を行い、CALET実機の観測性能検証に反映

  11. おわり

  12. Simulation ● Code Epics v9.13 (Cosmos v7.622) (phits < 2GeV < dpmjet3) ● Incident Position: Center of PWO±0.5mm (gaussian: σ~0.5cm) ● incident Angle: vertical ● Particle e: 290 GeV p: 350 GeV C: 158GeV/n ● Calculation - energy distribution in TASC - backsplash in CHD CALET-STM ■：PWO ■：Brass Brass spec - ρ = 8.43 g/cm3 - composition Cu : Zn = 6 : 4

  13. Energy Distribution (TASC) e-: 290GeV --- Full-PWO (Full-readout) ―Full-PWO (using 3 logs) ―with Brass (using 3 logs)

  14. Energy Distribution (TASC) p: 350GeV --- Full-PWO (Full-readout) ―Full-PWO (using 3 logs) ―with Brass (using 3 logs)

  15. Energy Distribution (TASC) C: 1580GeV/n --- Full-PWO (Full-readout) ―Full-PWO (using 3 logs) ―with Brass (using 3 logs)

  16. CHD –backscattering- e-: 290GeV ・ ― Full-PWO ・ ―with Brass CHD-Y (incident point) CHD-X (incident point)

  17. CHD –backscattering - p 350GeV ・ ― Full-PWO ・ ―with Brass CHD-Y (incident point) CHD-X (incident point) Tail region Tail region Peak region Peak region

  18. CHD – backscattering - C: 1580GeV/n ・ ― Full-PWO ・ ―with Brass CHD-Y (incident point) CHD-X (incident point)

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