158˙ ‫঺ڀݚ‬հ

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59

(a)

(b)

Photodetector
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図 1: (a) ARICH の原理。点線の矢印は荷電粒子。屈折

図 2: Belle II 検出器内の ARICH 検出器。内側に見え率が異なる 2 層のエアロゲルを輻射体に用いることによる 3 つのディスク状のものが，衝突点（図の右側）から，り，光検出器上でチェレンコフ光のイメージが重なるようになっている。(b) ARICH 検出器。

ARICH のエアロゲル輻射体，光検出器 HAPD ，前方c
エンドキャップカロリーメータ。⃝Rey.Hori。

Npe を大きくすればよく，例えば，より透明で厚いエア出器として，144 チャネルの角型の Hybrid Avalanche

ロゲルを用いればよい。しかし，エアロゲルを厚くすれPhoto Detector (HAPD) [5] を浜松ホトニクスと共同でば Npe を大きくできるが，チェレンコフ光が厚み方向開発した。

のどの位置で発生したかという不定性が増えてしまい，

図 3 に HAPD の写真と構造を示す。入射した光は光∆θC が大きくなって性能悪化の方向に働く。この矛盾を電面で変換されてできた光電子が，印可された −8 kV解決するため，ARICH では図 1(a) のように，屈折率程度の高電圧（以下，HV）で加速され，管内に設置されの異なる 2 種類のエアロゲルを用いることにした。これ

た 4 台の Avalanche PhotoDiode (APD) に打ち込まれにより光検出器上でチェレンコフ光のイメージが重なるる。4 台の APD には，それぞれ独立に 350 V の逆バイようになっており，エアロゲルを厚くしても ∆θC を悪アス電圧（以下，バイアス電圧）が印可され，光電子の化させずに Npe を増加させるようになっている。最終

打ち込みで生成された 1800 程度の電荷がさらに雪崩増的に，ARICH では，屈折率が n = 1.045 と n = 1.055幅を起こす。この打ち込みによる増幅と，APD 内のアで，それぞれ厚さ 2 cm のエアロゲルを用いることした。

バランシェ増幅の 2 段階の増幅機構で，合計 70000 程度

図 1(b) に ARICH の全体図を示す。ARICH は内径のゲインが得られる。表 1 に HAPD の仕様を載せる。

425 mm 外径 1140 mm のドーナツ型のような形をしてなお，Belle II は Belle に比べて大きな放射線の影響がおり，Belle II の前方に位置する。衝突点に近い上流側

予想されており，実験期間とされる 10 年間に 1 MeV 換（図の左側）にエアロゲルが，下流側に 3 節で説明する光算で 1012 cm−2 の中性子を浴びると予想される3 ため，検出器 HAPD があり，側面には光検出器の acceptance

APD の構造の改良などにより要求される耐放射線性を外に出て行くチェレンコフ光を反射させるための鏡が設備えた HAPD を開発した。

置されている。エアロゲルは一辺 18 cm の正方形のものを扇型状にウォータージェットで切断したものを 248(a)(b)

枚2 ，光検出器 HAPD は 7 つの同心円状 420 個が設置される。ARICH の Belle II 検出器内での配置を示すと
図 2 のようになる。

3光検出器 HAPD

図 3: (a) 144 チャネル角型 HAPD。 (b) HAPD の原理。

ARICH で用いる光検出器は，1 光子が検出器可能で，Belle II 内の 1.5 T の磁場中で動作可能でなければな

HAPD は，光電子の打ち込みによる増幅という機構らない。また，前述の構成を仮定すれば，5 mm ほどからゲイン揺らぎが少ないという利点がある一方，ゲの位置の解像度が必要となる。これらの条件を満たす検イン自体は光電子増倍管よりも低いため，低ノイズ高ゲインの読み出しエレクトロニクスが必要になる。後述

2 前述の通り，屈折率が異なる 2 枚が対になっているので，エアロゲル面で見ると 124 個に分割されている

3 このため MPPC (SiPM) は光検出器として採用できなかった。

360

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764

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Belle II ͷ Phase 3 ͕࢝·Γɼ͜ͷय़ʹ 3ϲ݄ఔ౓ͷӡసΛߦͬͨɻӡస࣌ͷϧϛϊγςΟ͸య‫ܕ‬తʹ 3–photons / track

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0.1
00

0.05

0.1

0.15

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0.25

0.3

0.35

0.4

0.45
0.5
theta [rad]1.2 × 1034 cm−2 s−1 ͱ͍͏ KEKB ͷઃ‫ܭ‬஋Ҏ্ͷϧϛϊγςΟΛ‫ه‬࿥ͨ͠΋ͷͷɼ͜ͷ࣌ʹ͸ Belle II ‫ݕ‬ग़‫ث‬͸ߴిѹΛ͔͚͍ͯͳ͍ঢ়ଶͰ͋ͬͨɻ
ਤ 12: Phase 3 ͰͷνΣϨϯίϑ֯෼෍ɻॎ࣠͸ arbi-traryɻ·ͨɼਤ 13 ͸ D∗++→ D0 πslow, D0 → K − π + ʢՙి‫ڞ‬໾Λ‫ؚ‬ΉʣΛ༻͍ͯಘΒΕͨ ARICH ͷཻࢠࣝผੑ+ͷిՙΛೳͰ͋Δɻ͜ͷϞʔυͷΑ͍ͱ͜Ζ͸ɼπslow‫ݟ‬Ε͹ɼD தؒࢠͷ่յʹΑͬͯग़ͯ͘Δ K, π ͷిՙ͕Θ͔ΔͨΊɼK/π ͷࣝผੑೳͱ‫ࣝޡ‬ผ཰Λಉ࣌ʹ‫ٻ‬ΊΔ͜ͱ͕Ͱ͖Δ͜ͱͰ͋ΔɻਤͰ͸ɼҟͳΔ K ࣝผ

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Phase 3 Ͱ͸༧૝Ҏ্ʹ͏·͘ಈ࡞͍ͯ͠Δɻ͔͠͠ɼ
Belle II ͷ໨ඪͱ͢ΔϧϛϊγςΟ͸ 8 × 1035 cm−2 s−1 ɼ஝ੵ͢Δσʔλྔ͸ 50 ab−1 Ͱ͋Δ͔Βɼ·ͩ΄ΜͷୈҰาΛ౿Έͩͨ͠ͱ͜ΖͰ͋Δɻࠓ‫ޙ‬ɼΑΓߴ͍όοΫάϥ΢ϯυͱߴ͍ϧϛϊγςΟͷ΋ͱͰɼτϦΨʔϨʔτ΍σʔλͷόϯυ෯͕૿͑ͨঢ়‫Ͱگ‬΋ɼ҆ఆͯ͠ಈ࡞ͤ͞ΔΑ͏ʹɼ౒ྗ͍ͨ͠ɻͷબผ৚݅ʹର͢Δ K ͷࣝผޮ཰ͱɼπ ͷ K ΁ͷ‫ޡ‬ࣝผ཰͕ࣔ͞Ε͍ͯΔɻ͜ͷਤ͸ 0.7 GeV Ҏ্ͷཻࢠΛूΊͨ΋ͷͰɼཻࢠࣝผੑೳͷཧղͷͨΊʹ͸ɼӡಈྔͱͷґଘؔ܎ΛΈͳ͍ͱ͍͚ͳ͍͕ɼͱ΋͔࣮͘ࡍʹK/π ࣝผΛߦ͏͜ͱ͕Ͱ͖͍ͯΔ͜ͱΛ͍ࣔͯ͠Δɻࢀߟจ‫ݙ‬[1] Z. Doležal et al., ”Belle II Technical Design Report”, arXiv:1011.0352.
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+ਤ 13: D ∗+ → D0 πslow, D0 → K − π + Λ༻͍ͨ ARICHͷཻࢠࣝผੑೳɻ