[论文解读] Assembly, test and analysis development of the T2K upgrade

K. Abe, H. Aihara+382 more|Lancaster EPrints (Lancaster University)|Jan 11, 2019

Neutrino Physics Research参考文献 61被引用 77

一句话总结

本技术设计报告详细介绍了 T2K 近探测器 ND280 的升级，旨在提高中微子相互作用测量的精度并将对 Super-Kamiokande 的预测不确定性降低至约 4%。

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.

研究动机与目标

• 促使改进近探测器以约束中微子相互作用截面。
• 描述 Super-FGD、High-Angle TPCs 与 TOF 平面的概念与机械设计。
• 解释探测器组件的生产、组装与质量控制方法。
• 呈现实验束数据（2018 夏季）以验证概念与性能。
• 更新物理研究以反映升级后的探测器能力。

提出的方法

• 描述 ND280 升级的探测器概念与总体设计。
• 详述 Super-FGD 发光体立方体及相关电子学的生产、组装与机械接口。
• 概述用于发光系统的 MPPC 读出、波长转移光纤与光学接口。
• 展示 High-Angle Time Projection Chamber 的设计、气体系统、场笼与机械仿真。
• 总结原型测试和测试束数据以验证性能。
• 提供升级系统框架下的物理研究更新。

实验结果

研究问题

• RQ1 ND280 升级在测量中微子相互作用速率方面带来哪些性能改进？
• RQ2 Super-FGD 发光体靶及相关读出如何影响标定和截面约束？
• RQ3 在组装升级组件时，哪些关键的机械、电气和光学挑战以及如何解决？
• RQ4 原型和测试束结果如何 influence 最终探测器设计与运行？
• RQ5 升级将把对预测的 Super-Kamiokande 事件率的不确定性降低到什么程度？

主要发现

• 升级目标将把对 Super-Kamiokande 预测的不确定性降至约 4%。
• 开发了一种高度粒度的发光体探测器（Super-FGD），并配备两台 High-Angle TPC 与六个 TOF 平面。
• 原型测试与首次束线数据（2018 年夏季）为光输出、串扰、计时及粒子响应提供了验证。
• 本文介绍了发光体立方体的生产、组装方法（包括钓线法及替代方法）及其与 MPPC 读出接口的整合。
• 详细的设计与进度安排考虑了升级系统的箱体力学、光学接口与数据采集（DAQ）等方面。