[论文解读] 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 3

一句话总结

MicroBooNE实验开发了一套小型外部μ子计数器系统（MuCS），利用位于液氩时间投影室（TPC）上方的两个基于闪烁体的探测器，以2 cm的空间分辨率测量宇宙射线轨迹。该系统通过符合时间测量和二维轨迹重建，实现了精确的标定、本底理解以及重建与触发效率的验证，其角度和空间分布与蒙特卡罗模拟结果高度一致。

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.

研究动机与目标

• 通过改进宇宙射线表征，减少MicroBooNE中的宇宙成因本底。
• 为标定和重建验证提供一个干净的贯穿宇宙μ子数据集。
• 利用外部μ子计数器测量宇宙射线的空间和角度分布。
• 通过时间测量和轨迹外推，交叉检验触发效率和重建性能。
• 利用最小电离粒子支持液氩纯度和PMt增益标定。

提出的方法

• 两个相同的μ子探测器，每个包含两层48×4×1 cm³的闪烁体条，被放置在TPC上方以探测宇宙射线。
• 闪烁体条相互垂直排列，以实现2D（x,y）轨迹重建，空间分辨率为2 cm。
• 光学纤维收集条状闪烁体的光，并将其引导至两个多阳极光电倍增管（MAPMTs）进行读出。
• 通过将MuCS的触发时间与TPC的32-PMT阵列的脉冲时间匹配，实现宇宙射线轨迹的重建。
• 通过四层符合判定识别贯穿μ子，从而实现对宇宙射线事例的纯净选择。
• 通过将TPC轨迹外推至MuCS，验证其在MuCS中的触发命中，从而提高重建的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 MuCS在多大程度上能精确测量宇宙μ子的二维空间和角度分布？
• RQ2 MuCS在多大程度上改善了液氩TPC和PMt响应的标定？
• RQ3 MuCS能否用于验证MicroBooNE中的触发效率和重建效率？
• RQ4 测量得到的宇宙射线角度分布与蒙特卡罗模拟结果的符合程度如何？
• RQ5 探测器错位对测量的宇宙射线分布有何影响？是否可进行修正？

主要发现

• 由于双层交错排列，MuCS在x和y两个方向均实现了2 cm的空间分辨率。
• 测量得到的宇宙射线角度分布——方位角φ在0°处达到峰值，极角θ在30°处达到峰值——与蒙特卡罗模拟结果高度一致。
• 起始y坐标分布的斜率与两个MuCS盒子之间已知的三维偏移量一致。
• 起始x坐标分布整体平坦，仅在第一个通道存在微小偏差，与探测器之间预期的水平偏移相符。
• 约0.3%的宇宙射线穿过MuCS但未撞击TPC，表明该系统具有极高的探测效率。
• MuCS提供了适合用于验证触发效率、重建算法和探测器性能的干净宇宙μ子数据集。