新学術領域研究「ニュートリノフロンティア」
研究会
15:00~15:15

IceCube 実験におけるPMT信号のサチュレーション補正の研究
千葉大理、IceCube Collaboration

M1 大和久耕平

間瀬圭一、石原安野、吉田滋、他IceCube Collaboration
1

IceCube Overview～1 km3

IceCubeは南極の氷の中に1km3にわたって計5160個の光観測モジュール(DOM)を配置したニュートリノ観測装置であり、TeV以上の高エネルギーニュートリノを観測することを目的としている。
2450m

測定原理はカミオカンデと同様で、チェレンコフ光をPMTで観測する。
1000m

DOM
2

DOM (Digital Optical Module)
×16～100 mV

増幅率の異なる
3 Channel
×2～800 mV

～7.5V
×0.25
422 ns×16

Sampling rate
Sampling points
Resolution

ATWD
FADC
300MHz40MHz
128256
10 bit per channel～100 mV6400 ns3

UHE neutrino event

Date 1/3 2012
Total number of pe 9.6* 10^4
Reconstructed energy 1.14±0.17 PeV
Cascade event
4Track eventOutline
Saturationした波形から入射光量を見積もる
1. そのために入射光量の calibrationから行った。
今回は光源としてライトパルサーとを使用した。
光量は複数のNDフィルターを組み合わせて変化させた。
→NDフィルターの calibrationが必要になった。

2.波形を積分して推定された光量と calibrationされた入射光量との比較から saturationの影響を確認し、光量の補正方法を検討する。
3.まとめと今後の展望
5

ND Filter & Light Pulser
光源
ピコ秒ライトパルサ PLP-10（浜松ホトニクス製）
パルス幅 61.4 ps
波長 λ=399.5 nm

Filter 1
Filter 2PMT

ND filter(Neutral Density filter)
波長依存性の少ない減光フィルター

Iris(絞り)

6Set Up

Tektronix DPO4104B
Ch1Oscilloscope

Gate
Generator

暗箱

Ch2

1A～1E

PMT

TTL-NIM
Converter

GPIB
Computer

2A～2C

Sync
Out PutFunction
Generator

Agilent 33220A
Filter ID
1A
1B
1C
1D
1E
2A
2B
2C

Expected Transmission(%)(λ=500 nm)
50105
10.1
50
20
1

Calibrated Transmission(%)(λ=399.5 nm)
51.6 ±2.3510.9 ±0.60
6.27 ±0.515
0.984 ±0.0826
0.0973 ±0.0293
45.8 ±3.85
20.7 ±3.90
1.12 ±0.3397Saturation Waveform
20000 pe相当

20 pe相当

Triggered8

PMT Gain 1.0×107

Saturation Curve

9Correction using after pulse1
Fitting function
Y = A* X + B
A = (3.96 ± 0.110)* 10^(-2)
B = (3.67 ± 5.58 )* 10^(-2)

50ns

50ns

Integral10

Correction using after pulse 2
Fitting function
Y = A* X + B
A = (0.255 ± 0.0358)
B = (44.4 ± 10.5500ns

3500ns11

Standard Candle
Standard Candle II location
String 55 between DOM number 42 and 432154 m

Standard Candle II
波長λ=337 nm
パルス一回あたりの強度
2.5x10^13 photon光量の調節は透過率
0.07% 1.4% 2.92%
8.4% 26% 37.2%のNDフィルターを使用

次のスライドでStandard Candleと同じString 55のDOM number45と48で測定した波形を示す。
この時のNDフィルターの値は 0.07%である。
12

Real waveform example
FADC Waveform DOM 48

FADC Waveform DOM 45

ATWD Waveform DOM 45

13

Real Waveform
Main pulseに近い部分のAfter pulseが見えない

FADCのUnderflowとbottomed outの効果で正しいafter pulseのphoton数が計測できない
Scattered photonが計測されてしまい正しいafter pulseのphoton数が計測できない

14

Summary●●●

NDフィルターを 20%程度の精度で calibrationしPMT saturationの効果を測定した
Afterpulseを使って、Saturationを補正する方法を2種類考案した考案した方法が実際のIceCubeでの測定で使用できるかStandard Candleを用いて検証した

15

Outlook●●

ND Filterのcalibration精度向上
IceCube実験のdigitizerであるFADCを使った補正の検証を行う

16

Back up17

Afterpulsee-

光e-e-e- eeeeee-ee-

光電面(-)

e- gasee-e-e-光電面(-)

Gas +ioneダイノード
ダイノード

18

Energy and Photoelectron●

チェレンコフ光の放射条件
cosθ = 1/(nβ) θ:放射角

●

放出光子数
d2Npe/dLdλ = 2πα(Z2/λ2){1 – 1/(nβ)2}
Npe = 2παZ2L{(1/λ2) – (1/λ1)}{1 – 1/(nβ)2}α:微細構造定数=1/137, Z:粒子の電荷22β = 1 – mc /E

219

ND Filter Caribration

1回目
0.493
0.103
0.0575Filter ID
1A(50%)
1B(10%)
1C(5%)

2回目
0.540
0.115
0.0678

平均
0.516
0.109
0.06780.0627×0.157=0.00984
0.0627×0.0155=0.000973

Filter ID

1回目

2回目

3回目

4回目

平均

1C(5%)

11

1

1-1D(1%)

0.136

0.155

0.146

0.190

0.157

1E(0.1%)0.01190.01710.01220.02090.015520