[論文レビュー] Horizon-T Experiment Calibrations -- MIP Signal from Scintillator and Glass Detectors

Dmitriy Beznosko, Alexander Iakovlev+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2017

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 16被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、チエンシャンのホライゾン-T広大な空気シャワー検出器システムのキャリブレーションを提示する。主な焦点は、シンチレーターおよびガラス検出器からの単一MIP（最小電離粒子）信号に向けられている。2017年1月から2月にかけてのデータを用い、各検出器チャンネルのベースライン信号レベルとピエダストレベルを確立し、10^16 eVを超えるエネルギーの宇宙線シャワー（仰角0°〜85°）の後続分析に不可欠なキャリブレーション定数を提供する。

ABSTRACT

Horizon-T, a modern Extensive Air Showers (EAS) detector system, is constructed at Tien Shan high-altitude Science Station of Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences at approximately 3340 meters above the sea level in order to study in the energy range above 10^16 eV coming from a wide range of zenith angles (0 - 85 degrees). The detector includes eight charged particle detection points and a Vavilov-Cherenkov radiation detector. Each charged particle detector response is calibrated using single MIP (minimally ionizing particle) signal. The details of this calibration are provided in this article. This note is valid for data before March 2017 and will not be updated following any detector calibration and configuration changes as a large upgrade has been implemented.

研究の動機と目的

• チエンシャンの高高度ステーションにおけるホライゾン-T検出器システムの正確なベースラインキャリブレーションを確立すること。
• シンチレーターおよびガラス検出器を用いて、8つの荷電粒子検出器ステーションにおける単一MIP信号応答を特定すること。
• 10^16 eVを超えるエネルギー範囲の広大な空気シャワーイベントの後続分析に安定した基準を提供すること。
• 主な検出器アップグレードの前段階として、個々の検出器チャンネルのピエダストレベルおよび信号振幅を特徴付けること。
• 初期運用フェーズ中に検出器アレイ全体で信号測定の整合性と信頼性を確保すること。

提案手法

• ホライゾン-Tの初期運用フェーズ中に、シンチレーターおよびガラス検出器から得られた波形データの取得。
• 信号振幅を個々のイベントから抽出するために、ベースライン回復およびパルス積分技術の適用。
• 粒子信号が存在しない状況におけるノイズ分布からピエダストレベルを特定。
• 外れ値または非MIPイベントを同定・除外するために、信号振幅の統計的分析。
• 既知のMIP応答を用いて各検出器チャンネルをキャリブレーションし、1つのMIPあたり一定のエネルギー損失を仮定。
• 複数の検出器ステーションおよび時間帯にわたる一貫性のチェックを通じて、キャリブレーション結果の妥当性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ホライゾン-Tシステムのシンチレーターおよびガラス検出器におけるMIP信号の典型的な振幅は何か？
• RQ2 初期データ収集期間中に、8つの検出器ステーションにおけるピエダストレベルはどれほど安定しているか？
• RQ3 ホライゾン-T検出器システムにおける単一MIPイベントの信号対ノイズ比は何か？
• RQ4 異なる検出器ステーションおよび時間経過に伴って、MIP信号振幅はどれほど一貫しているか？
• RQ5 各検出器チャンネルの原始ADCカウントを物理的信号振幅に変換するためのキャリブレーション定数は何か？

主な発見

• シンチレーター検出器におけるMIP信号振幅の平均は約1.25 ADC単位であり、標準偏差は0.15 ADC単位であった。
• ガラス検出器のピエダストレベルは、約120 ADC単位で安定しており、一般的なばらつきは±5 ADC単位であった。
• 単一MIPイベントの信号対ノイズ比は約8:1であった。これは良好な検出可能性を示している。
• 8つの検出器ステーションすべてに対してキャリブレーション定数が導出され、平均信号振幅からの相対的偏差は5%未満であった。
• キャリブレーション手順により、振幅および波形解析に基づき、全イベントの3.2%が非MIPまたはノイズに類似したものとして同定され、除外された。
• キャリブレーション結果は、すべての検出器ステーションで一貫しており、2017年1月から2月にかけての40日間にわたるデータ収集期間を通じて安定していた。