Sampling calorimeter to measure photons angle of incidence

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01118
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: LIM GEIYOUB 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): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 光子の入射角度 / サンプリングカロリメータ

Outline of Final Research Achievements

We develop a sampling calorimeter to measure the photons' angle of incidence. A three-dimensional fine-segmented calorimeter will measure the profiles of generated shower particles along the photon’s direction, indicating the incidence angle. A toy detector is designed for a feasibility study by simulation based on the GEANT4, a block consisting of alternating layers of a 1-mm-thick lead absorber and a 5-mm-thick plastic scintillator. The simulation results indicate that we can determine the angle with a resolution of 1.3 degrees for 1 GeV photon.
To confirm the simulation result, we fabricated a test module made of 1mm-square scintillating fibers and 0.15 mm-thick tungsten sheets. The performance test with a positron beam showed that the detector properly reconstructs the incidence angle for different energies and angles of the beam.

Free Research Field

素粒子実験

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光子の測定とはカロリメータで生成される電磁シャワーの量とその中心位置から、入射エネルギーと位置を求めることである。一般の実験では、光子の発生点を他の情報から求めることで、光子の運動方向を求めることができる。J-PARCで行なっているKOTO実験では、二つの光子のみが観測されるので、発生点を他条件で求めることになる。もし、カロリメータで入射角度までを測定することができれば、実験感度の向上に大きな役割を果たす。
また、暗黒物質の探索のような実験ではカロリメータのみで信号を求める必要があり、本研究で開発された検出器の活用が期待される。