ＴＲＴを用いた Kink/Disappeared trackの研究

東京大学大学院 理学系研究科
物理学専攻 浅井研究室

東裕也
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AMSBモデル
gauginoの質量の比winoが最も軽いためにLSPの主な成分がwinoとなる。
charginoの崩壊

charginoとneutralinoが非常に縮退しているためπまたは電子が非常にソフトになる。
charginoの崩壊長は内部飛跡検出器内にまで及び、charginoのtrackが観測可能となる。
この事象が作る信号は、πもしくは電子が非常にソフトになるために特徴的な信号となる• kink track
飛跡検出器
πもしくは電子が飛跡を作り再構成されたときにkinktrackをつくる• 消失track
Winoのの崩壊長 (cm)πもしくは電子が再構成できずにtrackが途中で消えた
solid lineように見える2
dotted line
→これらの信号の探索を行う

内部飛跡検出器
ATLAS検出器の内部飛跡検出器はpixel,SCT,TRTの3つの検出器から成っている

Transition Radiation Tracker (TRT）
全73層のdrift tubeからなる連続飛跡検出器
遷移輻射を用いて粒子識別も行う
大きく3層構造をなしている
TRT:barrel module

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TRT (Transition Radiation Tracker)
TRT はdrift tubeを多層並べた飛跡検出器
gas：Xe（70%）+CO2（27%）+O2（3%）
typical HV 1530V
連続飛跡検出器としてだけでなく、遷移輻射をもちいて粒子識別にも用いられる。
Barrel Moduleは大きく3層に分かれており3層それぞれでφ方向に32分割され、一つのmoduleを形成している

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AMSB事象のシミュレーション
track (chargino)gluino mass = 1TeVBr( gluino -> wino + qq) = 1
chargino -> neutralino + π

soft pion

χ~10 (MC)wino mass = 100GeV
charged winoとneutral winoの質量差160MeVcτ of chargino = 300mm
cross section : 170 fb
jetgluinoの崩壊時にはと複数のquarkに崩壊する

decay vertex

χ~10 (MC)MissingEt

event display of AMSB event
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AMSB事象のtrigger
AMSB事象におけるJet
multiplicityがが 高く運動量も運動量も大きい
Jet数数 (PT > 50GeV)

Jet のPT分布 (GeV)

charginoはカロリーメータに到達するまでにneutralinoに崩壊する。
そのため大きなmissing ETを作る。

jetやmissing ETの複数複数の複数のtrigger
によりほぼ100%triggerがかかる

missing ET (GeV) 6

charginoの作るtrackを探索する
1. |η|<0.63
2. PT > 50GeV
3. N(b-layer （pixel検出器の最内層）) >= 1
4. N(pixel + SCT) >= 7
5. |d0| < 2mm
6. TRT 3rd layer hits < 57. Calorimeter Veto
(EM calorimeter ET < 500MeV
MIPのエネルギーデポジット以下)
TRTのbarrel領域のmoduleは大きく3層構造となっているため、2層目までに崩壊したとみなせるものを探索する。

selection criteria
standard track quality cuts
|η|<0.63

ηとtrackのhit数との相関

trackから∆φ~0.01rad(およそdrift tubeの幅)TRT hitを数えることとする•muonが作るTRTの第3層目のhit数は平均15.
•noise や accidentalなhit数は5以下.
TRTのの3層目層目の数
層目のhit数7

バックグラウンドの数
Calorimeter Veto

シミュレーションを用いてバックグラウンドの評価を行う

calorimeter

最終的なバックグラウンドの数は0.6(1fb-1)と、この探索においてはバックグラウンド
バックグラウンドはバックグラウンドは非常に非常にすくないことが分かる。
すくないprocess

Number of
BG tracks(1fb-1)

top

0.3

W0.3

Z0All

0.6

対応がつかなかったもの

track8バックグラウンドとなったtrack
見つかったバックグラウンドは2種類
a. fake track 実際の粒子によるものではなく検出器（pixel+SCT）のnoiseによるもの（TRTのnoiseの増加は信号を消すためinefficiencyを招く）
b. kink track 長寿命ハドロンによって作られたもの見つかったものは Σ→n + π の事象
3rd layer
a. fake trackb. kink tracknπ−Σ−

SCT noise hits

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長寿命粒子の検出効率

3rd layer
neutralino

同様の条件をAMSBのeventに課して長寿命粒子がどれくらい見つかるかを評価する。

soft πdecay point

右図
charginoがTRTに入って第3層目に入るまでにneutralinoとπに崩壊

chargino

charginoのcτ=300mm の場合
全chargino数
数(1fb-1)

Inner Detector内内で崩壊した charginoのの数再構成された
再構成されたtrack数数|η|<0.63での|η|<0.63でのtrack数
数

Trackののselection
により見により見つかった数
つかった数

340

210.8

99.9

45.224.9

この探索におけるcharginoの検出効率は見つかったchargino数 / 全chargino数 =24.9/340 = 7.3%である。

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右下図はgluinoの質量に依存して発見能力がどれくらい変わるかを見たものである。
gluinoの質量が重くなるほど断面積が下がるため
cτ=300τ=300mmのの場合にはの質量がτ=300
場合にはgluinoのには質量が1.1TeVまでまで発見まで発見が発見が可能である可能である。
である。

signals/1fb-1

右上図はcharginoの崩壊長による発見能力の違いを表わす。
TRTののnoiseがが多くなるほど発見能力くなるほど発見能力は発見能力は下がる。
がる。
黒色はcharginoのmassが100GeV,緑色はmassが200GeVの場合を表わす
TRTののnoiseがが2%程度程度（程度（実機と実機と同程度）同程度）の場合なら程度以上から場合ならcτ=100なら τ=100mm程度以上
τ=100程度以上から発見が発見が可能となる（信号数10以上）可能
しかしTRTのnoiseが10%まで達すると発見は不可能となる。

TRT noise 2%
noise 5%noise 10%signals/1fb-1

発見能力の評価

wino mass = 200GeVTRT noise 2%

wino mass= 100GeV

wino mass= 100GeVcττ = 300mm
300
TRT noise 2%
noise 10%noise 5%

11TRTを用いた寿命測定
TRTにおけるhit数とcharginoの崩壊位置との相関
TRTを用いることでcharginoの崩壊位置を決められる
用いたsample

chargino mass = 100.1GeV
neutralino mass = 100.0GeV
β=0.8,|η|=0.5,τ=3 nsec
19k events

SCT 2層目までhitを残すとtrackはほぼ再構成される

decay point~SCT

SCT1st~SCT2nd

SCT2nd~SCT3rd

SCT3rd~SCT4th

SCT4th~TRTTRT~

Number of MC

4584

893

909

859

461

4829

Number of track 023772

858

4614826

Number of track /Number of MC

2.58 %

84.9 %

99.9%

100%

99.9%

0%

12右上図charginoの崩壊位置と最もビームパイプに近いTRT hitの位置の相関
TRTの手前で崩壊 -> random
TRT内部で崩壊-> 680mm 以下
最内hit680mm以上以上のものは以前で最内以上のものはTRT以前のものは以前でdecay point
崩壊とみなす崩壊とみなす最内のhit位置 (mm)

寿命測定のアルゴリズム

TRT 以前で崩壊
TRT 内部で内部で崩壊

charginoの崩壊位置 (mm)
TRT内部

右下図
charginoの崩壊位置までのhit間隔と崩壊以降のhit間隔
崩壊以前 -> ~50mm以下
崩壊以降 -> ~400mmまで広がりhit間隔間隔が以上間隔が50mm以上となったときにcharginoのの崩壊位置とみなす

赤：崩壊以前

青：崩壊後

decay pointstraw 間距離 (mm)longer than
50mm

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寿命測定の結果
LT=9~6200mmまでの10点を用いて計測を行った

崩壊長（ｍｍ）

計測結果（ｍｍ）
計測結果（ｍｍ）

266.0

231.2 +/- 24.2

620.8547.9 +/- 78.0

886.8

1028 +/- 275

decay length of MC : 266mm

1064

1441 +/- 552

Fit value :231+/-24mm

崩壊長300~1000mmの場合に10~30%の精度で求めることが出来る
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まとめ
超対称性模型の中でもAMSBモデルが予言する1つのシナリオとして長寿命荷電粒子がある。
このとき長寿命荷電粒子が作る特徴的な信号として、消失track及びkink trackがある。
及び
このときのバックグラウンドバックグラウンドはほぼバックグラウンドはほぼ無はほぼ無い（0.6/1fb-1）がその候補として、fake track及長寿命hadronによるによるkinktrackが候補となることが分かった。
長寿命によるpixel検出器及びSCTのnoiseはfake trackをつくることから、バックグラウンドとなる。
またTRTのnoiseは発見能力を下げることになる。
TRTのnoiseが現在の状況ならgluinoのの質量がの場合にτ=100mm
質量が1TeVの場合にcτ=100τ=100以上から
τ=300mmのの場合にはの質量はまで以上から発見から発見が発見が可能。またcτ=300可能
τ=300
場合にはgluinoのには質量は1.1TeVまで発見が発見が可能である可能である。
である
また、TRTを用いて寿命測定についても行ったが、崩壊長300~1000mmの場合に10~30%の精度で求めることが出来る。

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backup16

LHCにおけるATLAS実験

ATLAS検出器
高さ約25m、長さ44m、の汎用検出器
Large Hadron Collider (LHC)
大型陽子陽子衝突型加速器
デザインルミノシティ1034cm-2s-1重心系エネルギー14TeV

2009年秋から本格稼動を目指している

主な構成
内部飛跡検出器
電磁、ハドロンカロリーメータ
トロイド磁石を用いたミューオン検出器
超対称性粒子の発見、Higgs粒子の発見が主な目的
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TRT -noiseTRTのnoiseの評価を行う

noise occupancy = hitした事象/全事象

phi module毎
毎の平均 実機（毎の比較）
実機（run毎比較）

ほとんどのmoduleについて~2.2%

実機（実機（黒）とシミュレーション（シミュレーション（赤）との比較との比較

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Track qualityの分布19