Belle II 実験におけるARICH検出器のアライメント II
東京都立大学
修士1年 岩城彩希
足立一郎AB,古井孝侑C,飯嶋徹D,朴兌秀,岩田修一E,角野秀一,河合秀幸F,川﨑健夫G,金道玄樹B,高力孝A,今野智之G,汲田哲郎,Yun-Tsung LaiH,松岡広大A,本橋完太,西田昌平AB,西村美紀A,小川和也I,小川了J,清野義敬I,庄子正剛A,住吉孝行,田端誠F,鶴藤昌人,宇野健太I,渡辺啓太,米永匡伸,遊佐洋右I
東京都立大,KEKA,総研大B,東京大C,名古屋大D,産技高専E,千葉大F,北里大G,IPMUH,新潟大I,東邦大J

2021/9/28

FPWS2021

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目次
lイントロダクション- ARICH検出器
l研究内容(エアロゲルのアライメント)- 概要と手順- z方向のアライメント- x-y方向のアライメント
lまとめと展望2021/9/28

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ARICH検出器ARICH検出器(Aerogel Ring Imaging CHerenkov Counter)
チェレンコフ光の角度の違いから荷電粒子の識別を行う
輻射体(シリカエアロゲル)
デュアルレイヤー方式
エアロゲルタイル

エアロゲルタイルn1 n2光検出器

屈折率の異なる2層のシリカエアロゲル(n1=1.045,n2=1.055)がタイル状に敷き詰められている(1層の厚さは2cm,タイルの数は124×2枚)

220cm
光検出器
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前講演との違い
本講演のアライメント

前講演のアライメント(エアロゲルタイルのアライメント)
粒子飛跡検出器

ARICH検出器

粒子飛跡検出器

エアロゲルタイル

エアロゲルタイル

光検出器

光検出器

××××××

ARICH検出器内でのエアロゲルタイルと光検出器間の相対的なアライメント

ARICH検出器と粒子飛跡検出器間の相対的なアライメント

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ARICH検出器

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アライメントで使用する情報についてØ 𝑒 !𝑒 " → 𝜇!𝜇"事象を用いる。
(µ粒子の運動量は5GeV~7GeV)
Ø x-y方向とｚ方向でそれぞれエアロゲルタイルのアライメントを行う

座標軸使用する情報エアロゲル上での飛跡のx,y位置
検出光子数

チェレンコフ角(平均値)2021/9/28

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アライメントの手順
エアロゲルタイルのｚ方向アライメント①

実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）のチェレンコフ角度のエアロゲル位置依存性を求める②

エアロゲルタイルのz方向の位置のずれを模擬したシミュレーションデー
タ(MC_tilted)を作成し，①と比較（ ③ ソフトウェア上でエアロゲルの位置を補正 )エアロゲルタイルのx-y方向アライメント

今後の課題

①

実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）の検出光子数のエアロゲル位置依存性を求める②

エアロゲルタイルをz軸周りに回転させたシミュレーションデータ
(MC_rotated)を作成し， ①と比較

（ ③ ソフトウェア上でエアロゲルの位置を補正 )2021/9/28

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今後の課題
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アライメントの手順
エアロゲルタイルのｚ方向アライメント①

実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）のチェレンコフ角度のエ
アロゲル位置依存性を求める②

エアロゲルタイルのz方向の位置のずれを模擬したシミュレーションデー
タ(MC_tilted)を作成し，①と比較（ ③ ソフトウェア上でエアロゲルの位置を補正 )エアロゲルタイルのx-y方向アライメント

今後の課題

①

実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）の検出光子数のエアロゲル位置依存性を求める②

エアロゲルタイルをz軸周りに回転させたシミュレーションデータ(MC_rotated)を作成し， ①と比較

（ ③ ソフトウェア上でエアロゲルの位置を補正 )2021/9/28

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今後の課題
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①チェレンコフ角の差(DATA – MC)
実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）のチェレンコフ角度のエアロゲル位置依存性を求める
DATA

MC

- 2019年3月～2020年6月- 1340万イベント(𝑒 !𝑒 " → 𝜇!𝜇"事象)- モンテカルロシミュレーション- 1000万イベント (𝑒 !𝑒 " → 𝜇!𝜇"事象)z方向のアライメントでチェレンコフ角度の分布を見る理由
検出光子

正しいずれてる𝜽!

z𝜽𝜇!

𝜽

光検出器

エアロゲル

z=0
2021/9/28𝜇!

z=約20cm
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z=0z=約20cm
8①平均チェレンコフ角の2次元マップ
MCの平均チェレンコフ角度(1bin = 0.2cm×0.2cm)

平均値をとる

平均値 = 0.32

MC

チェレンコフ角度

縦軸:y位置[cm]エアロゲル上での飛跡の位置

横軸:x位置[cm]=色:チェレンコフ角度の平均値[rad]1ビンの領域から生じるチェレンコフ光子の角度平均

同様のDATAのマップを作り、差を計算する(DATA−MC)
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①平均チェレンコフ角の差の2次元マップ
DATAとMCの平均チェレンコフ角度の差
DATA − MCaerogel plane y [cm]delta theta [rad]DATA

差を出し、拡大MC

aerogel plane x [cm]- チェレンコフ角が最大0.016[rad]の差→エアロゲルを傾けたシミュレーションを作成し、比較する
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アライメントの手順
エアロゲルタイルのｚ方向アライメント①

実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）のチェレンコフ角度のエ
アロゲル位置依存性を求める→チェレンコフ角が最大0.016[rad]の差②

エアロゲルタイルのz方向の位置のずれを模擬したシミュレーションデー
タ(MC_tilted)を作成し，①と比較（ ③ ソフトウェア上でエアロゲルの位置を補正 )エアロゲルタイルのx-y方向アライメント

今後の課題

①

実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）の検出光子数のエアロゲル位置依存性を求める②

エアロゲルタイルをz軸周りに回転させたシミュレーションデータ
(MC_rotated)を作成し， ①と比較

（ ③ ソフトウェア上でエアロゲルの位置を補正 )2021/9/28

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今後の課題
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②シミュレーション
エアロゲルタイルのz方向の位置のずれを模擬したシミュレーションデータ(MC_tilted)を作成し，①の結果(最大0.016radのずれ)と比較
MC_tilted

MC(①の一部)- エアロゲルを検出器側に10mm傾けたもの- 20万イベント(𝑒 !𝑒 " → 𝜇!𝜇"事象)- モンテカルロシミュレーション- 16万イベント(𝑒 !𝑒 " → 𝜇!𝜇"事象)
エアロゲルの位置
0 10mmz=0
外円検出器の方向に10mm傾ける

内円
n1 n2

MC
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MC_tilted
12②シミュレーション結果
MC_tiltedとMCの平均チェレンコフ角度の差(1bin = 0.8cm×0.8cm)

MC_tilted − MCaerogel plane y [cm]delta theta [rad]エアロゲルの位置
z=00 10mm

外円

検出器の方向に10mm傾ける

内円
n1 n2

MC

MC_tilted

aerogel plane x [cm]- チェレンコフ角の差は最大0.03[rad] (z方向に10mm傾けたとき)→ ①の結果(最大0.016[rad]のずれ)は、z方向に最大5.3mmのずれに相当する
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FPWS202113

アライメントの手順
エアロゲルタイルのｚ方向アライメント①

実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）のチェレンコフ角度のエアロゲル位置依存性を求める→チェレンコフ角が最大0.016[rad]の差②

エアロゲルタイルのz方向の位置のずれを模擬したシミュレーションデータ
(MC_tilted)を作成し，①と比較→①のとき、エアロゲルが検出器側に約5.3mmのずれ
ソフトウェア上でエアロゲルの位置を補正 )（③エアロゲルタイルのx-y方向アライメント

今後の課題

①

実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）の検出光子数のエアロ
ゲル位置依存性を求める②

エアロゲルタイルをz軸周りに回転させたシミュレーションデータ
(MC_rotated)を作成し， ①と比較

（ ③ ソフトウェア上でエアロゲルの位置を補正 )2021/9/28

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今後の課題
14アライメントの手順
エアロゲルタイルのｚ方向アライメント①

実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）のチェレンコフ角度のエアロゲル位置依存性を求める→チェレンコフ角が最大0.016[rad]の差②

エアロゲルタイルのz方向の位置のずれを模擬したシミュレーションデータ
(MC_tilted)を作成し，①と比較→①のとき、エアロゲルが検出器側に約5.3mmのずれ
ソフトウェア上でエアロゲルの位置を補正 )（③エアロゲルタイルのx-y方向アライメント

今後の課題

①

実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）の検出光子数のエアロゲル位置依存性を求める②

エアロゲルタイルをz軸周りに回転させたシミュレーションデータ
(MC_rotated)を作成し， ①と比較

（ ③ ソフトウェア上でエアロゲルの位置を補正 )2021/9/28

FPWS2021

今後の課題
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①検出光子数の差(DATA – MC)
実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）の検出光子数のエアロゲル位置依存性を求める(z方向のアライメントと同じデータ)

DATA

MC- 2019年3月～2020年6月- 1340万イベント(𝑒 !𝑒 " → 𝜇!𝜇"事象)- モンテカルロシミュレーション- 1000万イベント (𝑒 !𝑒 " → 𝜇!𝜇"事象)

x-y方向のアライメントで検出光子数の分布を見る理由
エアロゲルタイル間の隙間…𝟑𝐦𝐦(空間1mm、アルミニウム1mm、空間1mm)

隙間部分では放出光子数が0となる→x-y方向にずれているとき、検出光子数の分布に違いが見られる
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FPWS202116

①平均検出光子数の2次元マップ(1bin = 0.2cm×0.2cm)

MCの平均検出光子数

平均値 = 16

平均値をとるMC

検出光子数

縦軸:y位置[cm]エアロゲル上での飛跡の位置

横軸:x位置[cm]=色:検出光子数の平均値
1ビンの領域を通過した粒子の平均検出光子数

同様のDATAのマップを作り、差を計算する(DATA−MC)
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FPWS202117①平均検出光子数の差の2次元マップ
DATAとMCの平均検出光子数の差
DATA − MCaerogel plane y [cm]delta dpDATA

差を出し、拡大MC

aerogel plane x [cm]エアロゲルがx-y方向にずれている可能性がある
φ(x-yのなす角)方向の依存性を確認する
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FPWS202118

①平均検出光子数の差の2次元マップ
DATAとMCの平均検出光子数の差
DATA − MCaerogel plane y [cm]delta dp

DATA差を出し、拡大MC

aerogel plane x [cm]エアロゲルがx-y方向にずれている可能性がある
φ(x-yのなす角)方向の依存性を確認する
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FPWS202119

①平均検出光子数の差のφ依存性
平均検出光子数の差のφ依存性+φ(エアロゲルタイルの2層目)

隙間

エアロゲルDATA

φ=0

DATA − MC−φ
拡大MCずれ
検出光子数の差
0φ- 差が大きい部分は17ビン程度(=約0.017[rad])- 設計上のエアロゲルタイル間の隙間(約0.0042[rad])を考慮すると、φ=0付近で約0.0064[rad]の差

横軸: φ位置(−𝜋 < φ[rad]<𝜋)
縦軸:平均検出光子数の差(DATA−MC)

17ビン

ビン幅:0.001[rad]2021/9/28

FPWS202120

アライメントの手順
エアロゲルタイルのｚ方向アライメント①

実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）のチェレンコフ角度のエ
アロゲル位置依存性を求める→チェレンコフ角が最大0.016[rad]の差②

エアロゲルタイルのz方向の位置のずれを模擬したシミュレーションデー
タ(MC_tilted)を作成し，①と比較→①のとき、エアロゲルが検出器側に約5.3mmのずれソフトウェア上でエアロゲルの位置を補正 )（③エアロゲルタイルのx-y方向アライメント
①

②

今後の課題

実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）の検出光子数のエアロゲル位置依存性を求める→𝛗方向にエアロゲルが約0.0064[rad]の差
エアロゲルタイルをz軸周りに回転させたシミュレーションデータ
(MC_rotated)を作成し， ①と比較

（ ③ ソフトウェア上でエアロゲルの位置を補正 )2021/9/28

FPWS2021

今後の課題
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②シミュレーション
エアロゲルタイルをz軸周りに回転させたシミュレーション
データ(MC_rotated)を作成し， ①と比較
MC_rotated

MC(①の一部)- エアロゲルをφ方向に1mm回転させたもの- 15万イベント(𝑒 !𝑒 " → 𝜇!𝜇"事象)- モンテカルロシミュレーション- 80万イベント(𝑒 !𝑒 " → 𝜇!𝜇"事象)

エアロゲルの位置

1mm
00

φ

phi方向に1mm傾ける

MC
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MC_rotated22

②シミュレーション結果
エアロゲルを1mm回転させたときの平均検出光子数の差のphi依存性(エアロゲルタイルの2層目)+φ
φ=0

隙間 エアロゲル

MCずれ−φMC_rotated − MCMC_rotated

検出光子数の差0拡大
φ- 差が大きい部分は11ビン程度(=約0.011[rad])- 設計上のエアロゲルタイル間の隙間(約0.0042[rad])を考慮すると、 φ=0付近で約0.0034[rad]の差

横軸: φ位置(−𝜋 < φ[rad]<𝜋)(φ方向に1mm回転させたとき)

縦軸:平均検出光子数の差(MC_rotated−MC)
ビン幅:0.001[rad]2021/9/28

11ビン
FPWS2021→ ①の結果(0.0064[rad]の差)は 、−𝛗方向に約1.9mmのずれに相当する
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アライメントの手順
エアロゲルタイルのｚ方向アライメント①

実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）のチェレンコフ角度のエアロゲル位置依存性を求める→チェレンコフ角が最大0.016[rad]の差②

エアロゲルタイルのz方向の位置のずれを模擬したシミュレーションデー
タ(MC_tilted)を作成し，①と比較→①のとき、エアロゲルが検出器側に約5.3mmのずれソフトウェア上でエアロゲルの位置を補正 )（③エアロゲルタイルのx-y方向アライメント①②（③今後の課題

実験データ(DATA)とシミュレーションデータ(MC）の検出光子数のエアロゲル位置依存性を求める→𝛗方向にエアロゲルが約0.0064[rad]の差エアロゲルタイルをz軸周りに回転させたシミュレーションデータ(MC_rotated)を作成し， ①と比較→①のとき、エアロゲルがｚ軸周りに約1.9mmのずれ
ソフトウェア上でエアロゲルの位置を補正 )今後の課題

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FPWS202124

まとめと展望まとめ• 実験データを用いてエアロゲルタイルが正しい位置に設置されているか確認を行った。
• チェレンコフ角度分布の違いをシミュレーション結果と比較することで、エアロゲルタイルのz方向のずれを見積もった• 検出光子数の分布の違いをシミュレーション結果と比較することで、エアロゲルのx-y方向のずれを見積もった→特定の箇所で、エアロゲルタイルのz方向のずれは最大5.3mm、x-y方向のずれは約1.9mmに相当する可能性がある

展望• ソフトウェア上でのエアロゲルの補正プログラムを作成し、適応させる
2021/9/28

FPWS202125