[論文レビュー] EUDET Telescope Geometry and Resolution Studies

A. F. Żarnecki, P. Nieżurawski|ArXiv.org|Mar 6, 2007

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、複数回散乱を考慮した解析的トラックフィッティング手法を提唱し、EUDETピクセルテレスコープの平面配置を最適化することで、位置分解能を向上させる。2つの基準平面（例：2番目および2番目の最後から）を用いることで、ずれにほとんど感受性を示さないため、時間のかかるシミュレーションを伴わず、サブミクロンレベルのアライメント精度を達成できる。

ABSTRACT

Construction of EUDET pixel telescope will significantly improve the test beam infrastructure for the ILC vertex detector studies. The telescope, based on the Monolithic Active Pixel Sensors (MAPS), will consist of up to six readout planes and will be initially installed at an electron beam line at DESY. A dedicated study was performed to understand the position measurement in the telescope and optimize its performance by suggesting the best plane setup. The approach based on the analytical track fitting method allows for determination of the expected measurement uncertainty and for comparison of different telescope setups without time consuming event simulation. The proposed method also turns out to be little sensitive to the possible telescope misalignment.

研究の動機と目的

• モノリシックアクティブピクセルセンサ（MAPS）を用いて、高精度なピクセルテレスコープを設計することで、ILCバーテックス検出器R&Dのためのテストビームインfraを向上させること。
• 被試験デバイス（DUT）における位置測定不確実性を最小限に抑えるために、テレスコープの平面配置を最適化すること。
• 計算コストの高いモンテカルロシミュレーションに代わる、複数回散乱を考慮した高速で解析的なトラックフィッティング手法を開発すること。
• テレスコープのアライメント誤差および材料厚さが位置分解能およびアライメント精度に与える影響を評価すること。
• さまざまなビームエネルギーおよびDUT厚さにおいて、4平面および6平面のテレスコープ構成の最適な設定を特定すること。

提案手法

• 水平および垂直平面の再構成を分離する解析的トラックフィッティングアプローチを用い、散乱角が小さいことおよび位置分解能がガウス分布に従うことを仮定する。
• 式（1）を用いて、放射長および運動量依存の式で計算される幅を持つガウス分布としてモデル化された散乱角分布を用いて、複数回散乱効果を組み込む。
• 各平面が測定不確実性および予想される散乱角差に基づいてフィットに寄与するカイ二乗最小化フレームワークを適用する。
• テレスコープをN個の平面からなるシステムとみなす。DUT平面は直接測定されないが、トラックフィッティングにより再構成される。
• 2つの基準平面（例：2番目および2番目の最後から）を用いて直線フィットを実行し、他の平面における粒子位置の正確な再構成を可能にする。
• 実際のアライメント不確実性（例：10 µm）を想定したGeant4シミュレーションを用いて、手法の妥当性を検証し、そのロバスト性と正確性を確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EUDETビームテレスコープにおいて、被試験デバイス（DUT）の位置分解能を最も高めるために、どのテレスコープ平面配置が最適か？
• RQ2 複数回散乱補正を施した解析的トラックフィッティング手法は、単純な直線フィッティングと比較して、分解能および計算コストの点でどのように異なるか？
• RQ3 テレスコープのアライメント誤差が、位置分解能およびトラック品質推定に与える影響は何か？
• RQ4 ビームエネルギーおよびDUT厚さは、最適な構成および達成可能な分解能にどのように影響を与えるか？
• RQ5 少数の基準平面とトラックフィッティングのみを用いて、サブミクロンレベルのアライメント精度を達成できるか？

主な発見

• 6平面テレスコープの最適な構成は、2番目および2番目の最後から平面を基準平面として使用することであり、ほとんどのビームエネルギーで最高の分解能を達成する。
• 6 GeVの電子ビームでは、10 µmのアライメント不確実性が存在しても、2つの基準平面を用いることで、DUTにおける位置分解能が約3.6 µmにまで向上する。
• 約1,000件の再構成トラックを用いることで、0.1 µmの精度で平面のアライメントが可能となり、正確な相対的アライメントが実現できる。
• 解析的手法は横方向のアライメント誤差に対してほとんど感受性を示さない—再構成位置に系licateなずれが生じるだけで、分解能に影響を与えない。
• 4平面構成と比較して6平面構成が分解能を著しく向上させるのは、高エネルギー領域に限る。低エネルギー領域では、広いテレスコープ構成（W–WまたはNW–WN）が最良の性能を示す。
• 低エネルギー領域でも、適切なイベント統計のもとで、本手法はサブミクロンレベルの位置決定精度（約1 µmオーダー）を達成でき、ILC R&Dへの実用性を裏付けている。