ilc での衝突点ビームプロファイルモニタのシミュレーション
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ILC での衝突点ビームプロファイルモニタのシミュレーション
東北大学M1 伊藤和俊
2
ILC について• ILC(International Linear Collider) とは :
– 電子• 陽電子衝突型線形加速器• 第1期 : 500GeV• 第2期 : 1TeV
• ILC での目的 :– Higgs 粒子や超対称性粒子の探索
• Higgs 粒子 : 質量の起源• 超対称性粒子 : 粒子に対し、スピンが 1/2 だけ異なる
粒子– トップクォークの精密測定 などなど…
3
ILC でのビーム
• 衝突点で、ビームサイズが大きくなるとLuminosity が低下してしまう。
ビームバンチ
300μm
5.7nm 639nm
この中に2x1010 個の粒子
衝突点でのビーム情報を得て補正する必要がある
4
ペアモニタ
• ペアモニタ : 衝突点でのビームの形状を測定可能。– 厚さ、幅、ずれ、などなど…
• ヒットするペアバックグラウンドをカウントする。– ペアバックグラウンド : ビーム相互作用により生成
される電子• 陽電子ペアペアバックグラウンド
5
ペアモニタ e+e- ペアは、向かってくるビームの電磁場に
より散乱される。– 散乱後は、測定器内の磁場によりらせん運動し、
ペアモニタに衝突する。
ビームの電磁場は、ビーム形状に依存する。– 散乱具合を見ることで、ビーム形状を測定できる。
e- ビームe+ ビーム
e-e-
e+e+
6
ペアモニタ
• ペアモニタは、シリコンピクセルセンサであり、ヒットした粒子数をカウントする。– 半径 10cm 、厚さ 200m
• トレインを 16 分割し、それぞれのパートでカウントし、保存する。
• 保存したデータは、トレインとトレインの間で読む。
1 トレイン = 2625 バンチ
969.s 199ms
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シミュレーションのセットアップ
• ビームエネルギー : 500GeV• Pair background generator : CAIN
– Bunch size : (σx/σy/σz) = (639nm/5.7nm/300μm)
• Tracking emulator : Jupiter (Geant4 ベース )– 磁場 : ソレノイド磁場 3T + anti-DID
ペアモニタBCAL
CH2Mask
IP
400cm
8
anti-DID なし anti-DID あり
Anti-DID(Detector Integrated Dipole)
• ペアバックグラウンドが、測定器に衝突するのを防ぐために、磁場を変化させる。
Low
high high
Low
e- e+ e- e+
Extraction hole Extraction hole
9
ペアモニタのヒット分布
• 電子 : あまり散乱されない• 陽電子 : 大きく散乱される
電子のヒット分布
陽電子のヒット分布Extraction hole
Injection hole
e-e-
e+e+
ペアモニタ
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シミュレーション事項
• ビームバンチの厚さを変える。• ビームバンチの幅を変える。
• ビームバンチをずらす。
ビームバンチ
長さ :300μm
厚さ :5.7nm 幅 :639nm
Z
Y
e-
e+
+Δy
-Δy
ペアモニタ
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厚さの測定• ビームの厚さの変化に対するヒットパターンの変化
X
Y
Extraction hole
R
座標系の変更
nominal
5 倍の厚さ
nominal
5 倍の厚さX[cm]
X[cm]
Y[c
m]
Y[c
m]
R[c
m]
R[c
m]
[rad]
[rad]
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厚さの測定• 変化している部分を調べるため、 projection する
軸に projection
黒 :nominal赤 :5 倍の厚さ
この部分に注目する
R[c
m]
[rad] [rad]
13
Ratio
• Ratio = NL/NALL
領域 L
Rat
io
ビームの厚さ [nm]
1 次関数で fit
Ratio を測定することで、ビームの厚さがわかる。
R[c
m]
[rad]
14
Resolution
• 統計誤差を 164 バンチ分にスケールする。
5.3% の精度でビームの厚さを測定できる。ビームの厚さ [nm]
y/ y
[%] nominal
15
幅の測定• ビームの幅の変化に対
するヒットパターンの変化
• 明らかに、ヒットパターンのサイズが小さくなっている。
nominal
3 倍の幅
最大半径に注目する
X[cm]
Y[c
m]
X[cm]
Y[c
m]
16
幅の測定
黒 :nominal赤 :2 倍の幅緑 :3 倍の幅
黒 :nominal赤 :2 倍の厚さ緑 :3 倍の厚さ青 :5 倍の厚さ
R[cm] R[cm]
ビームの幅が変化すると最大半径が変化ビームの厚さに対しては変化しない
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ずれの測定
• ビームのずれに対するヒットパターンの変化
• 散乱されるときに上下の非対称性が生まれるはず。
Z
Y
e-
e+
+Δy
-Δy
ペアモニタ
X[cm]
Y[c
m]
X[cm]
Y[c
m]
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ずれの測定
projection
projection
projection
領域 D
領域 U
R[c
m]
[rad]
[rad] [rad]
[rad]
黒 :nominal赤 : ずれあり
黒 :nominal赤 : ずれあり
黒 :nominal赤 : ずれあり
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Ratio
• Ratio = NU/ND
領域 U
領域 D
Ratio を測定することで、ビームの同士のずれがわかる。
Rat
io
相対的ずれ y/y
黒: 1 倍赤 :1.25 倍緑 :1.5 倍青 :2 倍黄 :3 倍桃 :5 倍
厚さR[c
m]
[rad]
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今後は
• ビーム同士が回転して衝突した場合の study
• より正確な磁場でのシミュレーション
回転
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ペアバックグラウンド
エネルギー [MeV]
衝突点付近での電子•陽電子のエネルギー
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Beam bunch の電磁場による散乱
速度 βb
E’ =γEe+
e-
e+ の受ける力 : 上向きに eE’ ( 1 + ββb )
e- の受ける力 : 下向きに eE’ ( 1 + ββb
)
速度 β
散乱
振動
B’ =γβb E__c
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