高真空で用いる荷電粒子検出器開発によるK中間子稀崩壊探索感度の向上

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K05480
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 林 ケヨブ 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (90332113)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: KOTO / 荷電粒子検出器

Outline of Annual Research Achievements

本年には検出器の製作及び設置作業を行った。前年度に行った最適化により、長さ1410mmと1460mmを持つ２台の角パイプ型検出器を製作することにした。可能な限り多くのシンチレーション光を収得する観点から、シンチレータはEljen社のEJ-200、波長変換パイバーはKuraray社のY11を使うことにした。厚み5mmのシンチレータに幅1.2mmの溝を作りオプティカルセメント(Saint Gobain社のBC-600)を用いて入れ込み接着した。ファイバーの両断に到達したシンチレーション光は本研究が初めての試みになる集光箱で反射され、MPPCで電気信号に変換される。MPPCはHamamatsu社のS13360- 6050PEを使用した。6mm角の受光面には９個の波長変換ファイバーからの光を受け取るに最適され、其々の検出器の面には４個（両断に２個ずつ）に設置した。１個の検出器（角パイプ）には１６個のMPPCが設置されることになり、総計32チャンネルの信号読み出しの検出器になった。高真空中でのアウトガス放出のテストの結果、検出器の設置には問題ないことを確認した。
信号を読み出すための同軸ケーブルはU.FLを使用した。直径が1.4mmの細いケーブルでありながら、高い周波数の信号まで減衰なく伝えるのが長所である。また、真空薄膜を通って信号を読み出すためのフィードスルーの製作も小型で安定なものができた。MPPC信号を早い時間応答を持つI-V変換と2倍のアンプで成形し、125MHz Flash ADCに入れた。KOTO検出器システムに新しい荷電粒子検出器を設置する作業は2019年1月に完了し、３月からのビームタイムでデータ収集を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度に目標としていた検出器の製作、設置作業がビーム運転前に完了したことで研究はおおむね順調に進展したと言える。前年度に検討した低真空での検出器設置案はアウトガス測定の結果を用いて、高真空領域に設置する案に戻すこともできた。

Strategy for Future Research Activity

今年度には収得したデータの解析と成果発表を行う。データ解析の第一段階として、宇宙線を用いたエネルギーキャリブレーションを行う。一つのシンチレータの信号を４個のMPPCを用いて読み出す構造により、正しいエネルギーを求める研究が必要である。時間キャリブレーションはテストパルスを用いて行う。その後、全てのデータ収得期間において検出器応答の安定性を確認する。最終的には新設した荷電粒子検出器の荷電K―中間子崩壊によるバックグラウンド除去能力を評価する。データ解析が完了する時点で、速やかに発表論文を完成する。

Causes of Carryover

検出器設置などの作業のために用意していた出張費の残り分であり、次年度出張費として使用する。