Development of the electromagnetic calorimeter capable of BG separtation with low cost

低成本BG分离电磁量热仪的研制

• 批准号: 22K03667
• 负责人: 塩見 公志
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03667/
• 关键词: 電磁カロリメタ; 素粒子実験; 粒子識別; 測定器

本研究では、中性K中間子の稀崩壊であるKL→π0νν崩壊の探索実験であるKOTO II実験に使用するための、ガンマ線と中性子が分離可能な電磁カロリメーターの開発を行う。低コストで製作するために、鉛とプラスチックシンチレーター のサンプリングカロリメーターで実現することを目指す。本年度はシミュレーションを使用して、KOTO II実験での主要な背景事象であるKL→2π0崩壊による背景事象数が、電磁カロリメーターのエネルギー分解能にどのように依存するかの見積もりを行った。その結果、1GeVの入射γ線に対するエネルギー分解能が1%から5%の範囲であれば、背景事象の増加はあまり見られないことがわかった。また、鉛とシンチレーター層の厚みを変えたシミュレーションを行い、サンプリングカロリメーターで達成可能なエネルギー分解能を見積もった。断面積が5cm×5cmで0.5mm厚の鉛と2.5mm厚のプラスチックシンチレーターを100層重ね1つのモジュールとし、25個のモジュールを5×5に積んで小型なカロリメーターとする。この時、1MeVのエネルギー損失に対して10光子の発行が得られたと仮定すると、1GeVの光子に対して約4%のエネルギー分解能が得られることがわかった。以上のことより、γ線に起因する背景事象に関しては、サンプリングカロリメーターでも十分に抑制する性能を達成出来ることがわかった。

在这项研究中，我们将开发一种可以分离伽马射线和中子的电磁量热计，用于 KOTO II 实验，该实验是 KL→π0νν 衰变的搜索实验，这是一种罕见的中性 kaons 衰变。我们的目标是通过铅和塑料闪烁体采样量热计来实现这一点，以便以低成本制造它。今年，我们通过模拟来估计由于 KL→2π0 衰变（KOTO II 实验中的主要背景事件）引起的背景事件数量如何取决于电磁量热计的能量分辨率。结果发现，当入射1GeV伽马射线的能量分辨率在1%到5%范围内时，背景事件并没有增加太多。我们还对不同的铅和闪烁体层厚度进行了模拟，以估计采样量热计可以实现的能量分辨率。横截面积为5厘米×5厘米的模块是由100层0.5毫米厚的铅和2.5毫米厚的塑料闪烁体堆叠而成，25个模块以5×5的排列方式堆叠起来制成一个小型热量计。此时，假设发射10个光子，能量损失为1 MeV，发现对于1 GeV光子可以获得约4%的能量分辨率。由上可知，即使是采样量热计，也能够在抑制由γ射线引起的背景事件方面发挥充分的性能。