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修士論文発表会2019 桑田 和輝

『ステライルニュートリノ探索実験 JSNS2における
光電子増倍管の信号処理に関する研究』

修士課程2年 桑田 和輝

論文概要

JSNS^2実験は短い基線長での反ミューニュートリノから反電子ニュートリノへの振動を検証する実験です。もしこの事象が観測された場合、これは4種類目のニュートリノであるステライルニュートリノの存在を示唆します。実験では振動後の反電子ニュートリノが液体シンチレーターと反応したときの光を光電子増倍管(PMT)を用いて測定しますが、一般にPMTに大光量の光が入射すると出力が入射した光量に比例せず飽和することが知られています。JSNS^2実験で観測しようとしている事象のエネルギーによる光量では、この飽和によってエネルギー分解能に影響が出る恐れがあります。

本研究では実際に実験で用いるPMTを用いて出力信号の線形性について調べました。実験室において自然背景事象を用いて、PMTの個体差を考慮して3つのPMTについて測定した結果、線形性が保たれるPMTの光電子数の上限は600程度であり、その値は各PMTで20%程度の個体差があることがわかりました。またこの測定によって実際の本実験で非線形領域の信号を補正するために必要な非線形カーブを得ることが出来ました。さらに実験室での結果をもとに、検出器内の全てのPMTの線形性を実験稼働中に測定する方法をモンテカルロシミュレーションを用いて考察しました。その結果、宇宙線ミューオン由来のMichel electronを用いて光源とPMTの位置関係で光量が変わることを利用して、検出器内で実験室と同様の線形性測定が出来ることがわかりました。

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