[論文レビュー] The Muon Counter System for the MicroBooNE experiment

S. R. Soleti|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2016

Neutrino Physics Research参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

MicroBooNE実験では、液体アルゴンTPCの上に2つのシンチレーター検出器を設置して、2 cmの空間分解能で宇宙線の軌跡を測定する小型外部ミューオンカウンターシステム（MuCS）を開発した。このシステムにより、一致時間と2次元軌跡再構築を用いて、正確なキャリブレーション、バックグラウンドの理解、および再構築・トリガ効率の検証が可能となり、角度分布および空間分布に関してモンテカルロシミュレーションと良好な一致を示した。

ABSTRACT

The MicroBooNE experiment is a liquid argon TPC experiment designed for short-baseline neutrino physics, currently running at Fermilab. Due to its location near the surface, cosmic muons can be a source of backgrounds to many analyses and having a good understanding of the cosmic rays will be very valuable for the experiment. These proceedings describe the physics motivation, setup, and performance of a small external muon counter system, which will provide improved calibration for the liquid argon TPC and better understanding of the cosmogenic background.

研究の動機と目的

• 宇宙線の特徴を向上させることで、MicroBooNEにおける核生成バックグラウンドを低減すること。
• キャリブレーションおよび再構築検証のためのクリアな透過ミューオンデータセットを提供すること。
• 外部ミューオンカウンタを用いて、宇宙線の空間的および角度的分布を測定すること。
• 時間計測および軌跡の外挿を用いて、トリガ効率および再構築性能を相互に検証すること。
• 最小イオン化粒子を用いて、液体アルゴンの純度およびPMT増幅率のキャリブレーションを支援すること。

提案手法

• 2つの同一のミューオン検出器が、TPCの上に配置されており、それぞれが48×4×1 cm³のシンチレーター・ストリップを2層ずつ備え、宇宙線を検出する。
• シンチレーター・ストリップは互いに垂直に配置されており、2 cmの空間分解能で2次元（x, y）軌跡再構築が可能である。
• 光ファイバーがストリップからの光を収集し、読み出しに向け2つのマルチアノードフォトマルチプライヤー（MAPMT）に導く。
• 宇宙線軌跡は、TPCの32-PMTアレイからのフラッシュ時間とMuCSのヒット時間の照合によって再構築される。
• 4層の一致を用いて、透過ミューオンを識別し、宇宙線イベントをクリアに選別できる。
• TPCの軌跡からMuCSへのヒットを外挿して照合することで、再構築の一貫性が向上する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MuCSは、宇宙ミューオンの2次元空間的および角度的分布をどの程度正確に測定できるか？
• RQ2 MuCSは、液体アルゴンTPCおよびPMT応答のキャリブレーションをどの程度向上できるか？
• RQ3 MuCSを用いて、MicroBooNEにおけるトリガ効率および再構築効率を検証できるか？
• RQ4 測定された宇宙線の角度分布は、モンテカルロシミュレーションとどの程度一致するか？
• RQ5 デバイスのずれが測定された宇宙線分布に与える影響は何か？また、これを補正できるか？

主な発見

• ステージドされた2層配置により、MuCSはxおよびy方向で2 cmの空間分解能を達成した。
• 宇宙線の角度分布（方位角φは0°でピーク、偏角θは30°でピーク）は、モンテカルロシミュレーションと良好に一致した。
• 開始y座標の分布は、2つのMuCSボックス間の既知の3次元オフセットと一致する勾配を示した。
• 開始x座標の分布は、最初のビンを除き平坦であり、デバイス間の予想される水平シフトと一致した。
• MuCSを通過するがTPCにヒットしない宇宙線の割合は0.3%であり、システムの高い検出効率を示している。
• MuCSは、トリガ効率、再構築アルゴリズム、およびデバイス性能の検証に適したクリアな宇宙ミューオンデータセットを提供した。