[論文レビュー] Assembly, test and analysis development of the T2K upgrade

K. Abe, H. Aihara+382 more|Lancaster EPrints (Lancaster University)|Jan 11, 2019

Neutrino Physics Research参考文献 61被引用数 77

ひとこと要約

本技術設計報告書は、T2K近接検出器ND280のアップグレードの詳細を説明します。ニュートリノ相互作用の測定を改善し、不確実性をSuper-Kamiokandeの予測に対して約4%に低減することを目的とします。

ABSTRACT

In this document, we present the Technical Design Report of the Upgrade of the T2K Near Detector ND280. The goal of this upgrade is to improve the Near Detector performance to measure the neutrino interaction rate and to constrain the neutrino interaction cross-sections so that the uncertainty in the number of predicted events at Super-Kamiokande is reduced to about 4%. This will allow to improve the physics reach of the T2K-II project. This goal is achieved by modifying the upstream part of the detector, adding a new highly granular scintillator detector (Super-FGD), two new TPCs (High-Angle TPC) and six TOF planes. Details about the detector concepts, design and construction methods are presented, as well as a first look at the test-beam data taken in Summer 2018. An update of the physics studies is also presented.

研究の動機と目的

• ニュートリノ相互作用の断面積を制約するため、近接検出器の改善を促進する。
• Super-FGD、High-Angle TPCs、TOFプレーンの概念設計と機械設計を説明する。
• 検出器部品の生産、組立、品質管理方法を説明する。
• 概念と性能を検証するための2018年夏のテストビームデータを提示する。
• アップグレードされた検出器機能を反映して物理研究を更新する。

提案手法

• ND280アップグレードの検出器概念と全体設計を説明する。
• Super-FGDシンチレータキューブと関連電子機器の生産、組立、および機械インターフェースを詳述する。
• シンチレータ系で使用されるMPPC読み出し、波長シフトファイバー、光学インターフェースを概説する。
• High-Angle Time Projection Chamber設計、ガスシステム、フィールドケージ、機械的シミュレーションを提示する。
• 性能検証のためのプロトタイプ結果とテストビームデータを要約する。
• アップグレードされた検出器フレームワークを用いた物理研究の更新を提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ND280アップグレードは、ニュートリノ相互作用率の測定に対してどのような性能向上をもたらすか？
• RQ2 Super-FGDシンチレータターゲットと関連読み出しは、キャリブレーションと断面積制約にどのように影響するか？
• RQ3 アップグレード部品の組み立てにおける主要な機械的、電気的、光学的課題は何か、またそれらはどのように対処されるか？
• RQ4 プロトタイプおよびテストビームの結果は、最終的な検出器設計と運用にどのように影響するか？
• RQ5 アップグレードは、予測されたSuper-Kamiokandeのイベント率の不確実性をどの程度低減するか？

主な発見

• アップグレードはSuper-Kamiokandeの予測の不確実性を約4%に低減することを目標としています。
• 高精細度の新しいシンチレータ検出器（Super-FGD）を開発し、2つのHigh-Angle TPCsと6つのTOFプレーンを併設します。
• プロトタイプテストと最初のビームラインデータ（2018年夏）は、光出力、クロストーク、タイミング、粒子応答の検証を提供します。
• 本書は、シンチレータキューブの生産・組立方法（釣り糸を使った方法や代替法を含む）とMPPC読出しとの統合を提示します。
• アップグレードされたシステムのための箱の機構、光学インターフェース、DAQを含む詳細な設計とスケジューリング上の考慮事項。