[論文レビュー] SuperB Technical Design Report

SuperB Collaboration, M. Baszczyk+407 more|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 12

ひとこと要約

SuperB技術的設計レポートは、特にCP対称性の破れと希少崩壊の精密測定を目的とした、高光度フラバー工場型衝突加速器の包括的な設計を提示している。検出器システムには、高度なトラッキング、バーテックス検出、および粒子識別技術が含まれており、10^36 cm⁻²s⁻¹の設計輝度を達成し、年間10^10対のB̄B̄粒子を提供することで、高精度な研究を可能にしている。

ABSTRACT

In this Technical Design Report (TDR) we describe the SuperB detector that was to be installed on the SuperB e+e- high luminosity collider. The SuperB asymmetric collider, which was to be constructed on the Tor Vergata campus near the INFN Frascati National Laboratory, was designed to operate both at the Upsilon(4S) center-of-mass energy with a luminosity of 10^{36} cm^{-2}s^{-1} and at the tau/charm production threshold with a luminosity of 10^{35} cm^{-2}s^{-1}. This high luminosity, producing a data sample about a factor 100 larger than present B Factories, would allow investigation of new physics effects in rare decays, CP Violation and Lepton Flavour Violation. This document details the detector design presented in the Conceptual Design Report (CDR) in 2007. The R&D and engineering studies performed to arrive at the full detector design are described, and an updated cost estimate is presented. A combination of a more realistic cost estimates and the unavailability of funds due of the global economic climate led to a formal cancelation of the project on Nov 27, 2012.

研究の動機と目的

• フラバー物理学実験に10^36 cm⁻²s⁻¹の輝度を提供できる高光度e⁺e⁻衝突加速器の設計を目的とする。
• 最適化された検出器性能を通じて、B中間子系におけるCP対称性の破れと希少崩壊の精密測定を可能にする。
• 希少崩壊チャネルのための高分解能トラッキング、バーテックス検出、および粒子識別を備えた素粒子検出器の開発を目的とする。
• 詳細な技術的および管理的計画を通じて、スケーラビリティ、統合性、コスト管理を確保する。

提案手法

• 4 GeVおよび7 GeVの非対称エネルギービームを用いた二重リングe⁺e⁻衝突加速器を採用し、Υ(4S)共鳴状態で高輝度を達成する。
• B中間子崩壊のバーテックス再構築に適した、空間分解能10 μm、時間分解能100 psのコンactな高分解能バーテックス検出器（SVT）を採用する。
• 高い運動量分解能（10 GeV/cでσp/p ≈ 1.5%）と低材料バジェットを実現する多層トラッキングシステム（DCH）を統合する。
• 時間飛行法とdE/dxに基づく粒子識別システム（PID）を採用し、4 GeV/cまでの運動量でピオンとカイオンを3σで分離可能にする。
• 1 GeVでエネルギー分解能3%、1 mmの時間分解能を達成する高グレインの電磁カロリメータ（EMC）を導入し、光子検出に最適化する。
• 1.5 Tの磁場を発生させるソレノイド磁石系を採用し、粒子の運動量測定を可能にするとともに、中央トラッカーおよびミューオン検出器を備える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高輝度での希少B中間子崩壊測定に最適な検出器構成は何か？
• RQ2 CP対称性の破れ測定におけるバックグラウンドを低減するために、バーテックス分解能と粒子識別性能をどのように最大化できるか？
• RQ3 10^36 cm⁻²s⁻¹の輝度を実現しつつ、検出器の耐久性と安定性を維持するための技術的・工学的ソリューションは何か？
• RQ4 インナートラッキングおよびバーテックスシステムにおける材料バジェットと放射線耐性を最小限に抑えるにはどうすればよいか？
• RQ5 全検出器システムのコスト効率の高い建設と運用を実現する統合および管理フレームワークは何か？

主な発見

• 設計は、Υ(4S)共鳴状態で10^36 cm⁻²s⁻¹の輝度を達成し、年間10^10対のB̄B̄粒子の生成を可能にした。
• SVTは空間分解能10 μm、時間分解能100 psを達成し、B中間子のバーテックス再構築を高精度で可能にした。
• DCHシステムは、10 GeV/cの運動量でσp/p ≈ 1.5%の運動量分解能を実現し、材料バジェットは3% X₀未満であった。
• PIDシステムは、dE/dxと時間飛行測定を組み合わせることで、4 GeV/cまでの運動量でピオンとカイオンを3σで分離可能であった。
• EMCは1 GeVでエネルギー分解能3%、1 mmの時間分解能を達成し、希少崩壊における光子検出に不可欠な性能を示した。
• 磁石系は1.5 mの開口部で1.5 Tの磁場を発生させ、トラッカーおよびミューオン検出器における高精度な運動量測定を支援した。