[논문 리뷰] Assembly, test and analysis development of the T2K upgrade

K. Abe, H. Aihara외 382명|Lancaster EPrints (Lancaster University)|2019. 01. 11.

Neutrino Physics Research참고 문헌 61인용 수 77

한 줄 요약

이 기술 설계 보고서는 T2K 근측 탐지기 ND280 업그레이드를 상세히 다루며, 중립미자 상호작용 측정을 개선하고 Super-Kamiokande 예측에 대한 불확실성을 약 4%로 축소하는 것을 목표로 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 중성미자 상호작용 단면을 제약하기 위해 근측 탐지기의 개선을 추진합니다.
• 슈퍼-FGD, 고각 TPC들, TOF 평면의 개념적 및 기계적 설계를 설명합니다.
• 탐지기 구성 요소의 생산, 조립 및 품질 관리 방법을 설명합니다.
• 개념과 성능을 검증하기 위한 Summer 2018의 시험빔 데이터를 제시합니다.
• 업그레이드된 탐지기 능력을 반영하여 물리학 연구를 업데이트합니다.

제안 방법

• ND280 업그레이드를 위한 탐지기 개념 및 전반적 설계 설명합니다.
• 슈퍼-FGD 섬광형 큐브 및 관련 전자장치의 생산, 조립 및 기계적 인터페이스를 상세히 설명합니다.
• 섬광 시스템에서 사용하는 MPPC 읽out, 파장전환 섬유 및 광학 인터페이스를 개요합니다.
• 고각 타임프로젝션 챔버 설계, 가스 시스템, 필드 케이지 및 기계적 시뮬레이션을 제시합니다.
• 프로토타입 테스트 및 첫 번째 빔라인 데이터를 제시하여 성능을 검증합니다.
• 업그레이드된 탐지기 프레임워크로 물리학 연구에 대한 업데이트를 제공합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ND280 업그레이드가 중성미자 상호작용 레이트 측정에 어떤 성능 향상을 제공합니까?
• RQ2 슈퍼-FGD 섬광체 표적 및 관련 판독기가 보정 및 단면 제약에 어떤 영향을 미칩니까?
• RQ3 업그레이드 부품 조립에서의 주요 기계적·전기적·광학적 도전 과제는 무엇이며 어떻게 해결됩니까?
• RQ4 프로토타입 및 시험빔 결과가 최종 탐지기 설계 및 작동에 어떤 정보를 제공합니다?
• RQ5 업그레이드가 예측된 Super-Kamiokande 이벤트 레이트의 불확실성을 얼마나 감소시킬까요?

주요 결과

• 업그레이드는 Super-Kamiokande 예측의 불확실성을 약 4%까지 줄이는 것을 목표로 합니다.
• 새로운 고세분화 섬광 검출기(Super-FGD)가 개발되었고, 두 개의 고각 TPC와 여섯 개의 TOF 평면과 함께 제공됩니다.
• 프로토타입 테스트 및 2018년 여름의 첫 빔라인 데이터는 광출력, 간섭, 타이밍 및 입자 반응에 대한 검증을 제공합니다.
• 문서는 섬광 큐브의 생산·조립 방법(낚시줄 및 대체 방법 포함)과 MPPC 읽출과의 통합에 대해 제시합니다.
• 업그레이드된 시스템의 상자 기계 구조, 광학 인터페이스 및 데이터 수집(DAQ)에 대한 상세 설계 및 일정 고려사항을 다룹니다.