Belle 実験次期 SVD 用読み出しチップを用いた半導体検出器の検出効率の研究

山中卓研究室 M １梶原　俊

KEKB 加速器

Belle 実験で測定してるもの

CKM より

Belle 検出器

SVD( シリコン崩壊点検出器 )

VA1TA( 読み出しチップ )

今後の KEKB upgrade の予定

BGの上昇によるノイズの増大問題点

BG の影響を減らす方法として SVD の読み出しアンプを 　 VA1TA 　→　 APV25にすると、約 1/8 まで BG の影響を減らすことができる。

•2006 crab cavity の取り替え•2007~2008 current を 1.2A/1.8A→2A/3A (HER/LER)

→Luminosity ４倍、 BG 2~3 倍

時間幅が約 1/8 に

/time

/adc

APV25 性能テスト

APV25 の性能テストを今年４月に実施

目的　• APV25 の性能チェック　 ストリップレット検•出　器の性能チェック従来のストリップ検出器

setting

sub0 sub2 sub3 sub4 sub5sub1/time

/adc

今回の解析のテーマ

　 ストリップレット検出器を粒子が通過した時、

p1n1 が支配的であるはず

　　 (cf. 現行の SVD の検出効率 ~97% 弱 )

　

→ しかし今年４月に行われた APV25 の性能テスト実験時に収集されたデータは、次のようなイベント構成を持っていた

　

　→その原因調査が今回のテーマ

P側N側

p1n1 P側N側

p1n0

イベント構成 ( 全 )

sub0 sub1 sub2 sub3 sub4 sub5

p1n1 670 6554 6655 6531 6251 5795

p1n0 150 486 583 693 940 1257

p0n1 1031 166 13 13 37 145

p0n0 8092 2667 2472 2476 2486 2535

その他 57 127 277 287 286 278

全 10000event

sub0 sub2 sub3 sub4 sub5sub1 /time

/adc

今回の解析対象

• Sub0 において p0n1event が非常に多い原因の調査

• Subevent が大きくなるにつれ、 p1n0event が増加する原因の調査

• p1n0event が p0n1event に比べ、多い原因の考察

P0N1(sub0) チェック

P side

N side

mean ADC -p1n1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150

time/ns

/adc count

p side

n side

Sub0 において p0n1 が多いの原因は、 Pside では adc のピークがしきい値付近だが、 Nside のピークはしきい値より大きい。→Nside の方が Pside より、立ち　上がり時点がの早いクラス　ターが多い？

P1N0 増加原因 check

p1n1 p1n0

sub1 6399 67

sub3 6501 118

sub4 6217 375

sub5 5760 683

Sub2が p1n1の時

P1n0event は sub→ 大につれ、累積的に増えていく。

p1n1 p1n0

sub1 111 388

sub3 2 560

sub4 3 545

sub5 2 527

Sub2が p1n0の時

Sub2 が p1n0 ならば、それ以後の subevent も同様に p1n0 である両者の p1n0 の和は各 sub の p1n0 全体数の 93 ％以上

P1N0 増加原因

pside -sub2 p1n1 & sub3 p1n0

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120 140

/ns

/adc count

nside -sub2 p1n1 &sub3 p1n0

-5

0

5

10

15

0 20 40 60 80 100 120 140

/ns

/adc count

条件 : sub2 p1n1 & sub3 p1n0sub 大→ p1n0 大という傾向を持つのは、あるSubevent が p1n0 ならば、それ以後の subevent は同様に p1n0Event であるため、 subevent が大きくなるにつれ、累積的に増えていくのだと考えられる。　

N side

P side

まとめ

• p1n0event が多い理由として、　　 pside に比べ、 nside は立ち上がり時

点が相対的に早いクラスターが多い

　からであると考えられる。また初めに挙げた他のテーマもこのことから生じた結果であると考えられる。

今後のプラン

• この結果を SVD 関係のミーティングで　発表したところ、→Nside の読み出しタイミングが Pside

より 3 〜４ ns程度遅れていることを発見

　　と報告を受ける。　それが直接の原因なのかを検証する予

定

Back up

P1N0 増加原因 check ADC & cluster width

ADC

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 50 100 150

time/ns

mean of adc/adc count

p1n0

p1n1

cluster width

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 50 100 150

time/ns

cluster width

p1n0

p1n1

Pside の ADC平均p1n1: ピンク , p1n0:青

Pside の cluster width平均p1n1: ピンク , p1n0:青

P1n0 と p1n1 を比較 (P side)

ADC の分布から sub2 付近にピークを持つシグナルが多いことが確認できる。

解析手順の例

P1n0 -pside

apv2 70ch(325ch) adc-pside p1n0

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

0 50 100 150

/ns

/adc count

P1n1 -pside

apv2 ch70(325ch) adc-pside p1n1

-50

0

50

100

150

200

0 20 40 60 80 100 120 140

/ns

/adc count

apv6 ch70(837ch) adc-nside p0n1 sub0

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120 140

/ns

/adc count

P0N1 -nside

時間 /ns

ADC

P1n1 -nside

apv6 ch60(827) adc-nside p1n1

-20

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120 140

/ns

/adc count

Position cut について

• そもそもイベント構成を調べる当初の　目的の一部に、　　片面しかクラスターがないイベントを　通して残留 bad strip の影響を見る　→その分布から position cut の適正を確認

　があったので、イベント構成の部分には position cut は掛けていない

→ つまり、 position cut が原因ではない

P=1,N=0event の検証 (1)

横軸： ch 　縦軸： event 数横軸： adc-count 縦軸： event 数

p1n0

p1n1

P side が 51μm pitch の領域のデータのみ使用

P=1,N=0event の検証 (2)

p1n0

p1n1

•p1n0 と p1n1 の入射位置の分布の範囲は一致

•クラスターの adc分布はp1n0 の方が低い範囲まで広がっている

•クラスター幅は p1n0 の方が小さい→ これらだけでは p1n0eventが ,•n-side の検出効率が悪い•p-side だけのノイズ•両方混在どれかは判断できないが、いずれかの原因が存在していると思われる。

２ D PLOT

ビームの入射位置の中心がだいたい４つのエリアの交点あたりだと確認できる

黒： p51 n51赤： p51 n102緑： p102 n51青： p102 n102

2D PLOT

2D PLOT の各軸への射影

黒：０度　赤： 30度　緑： 60度

4つのエリアの交点

setting

RMS

P side N side

Pedestal の決定

•ペデスタルイベントから各 ch のペデスタルを決定

Pedestal=( 各 ch の raw adc) - (pecorr) - (cmn)

pecorr: データの読み出しの順番に依存する値cmn :Tip が持つノイズ

•ペデスタルの RMS の分布から bad strip を決定

Position cut

•ビームが当たっている範囲のみ使用(p side) 　 apv1_55ch~apv2_127ch (non floating) apv3_00ch~apv3_45ch (floating)(n side) apv5_55ch~apv6_127ch (non floating) apv7_00ch~apv7_45ch (floating)→bad strip の影響除去

•P-side と N-side のクラスターの数が 同数であることを要求 (1 or 2個 )→noise除去

P side

N side

入射角０度の data から作成黒： subevent 0 赤： subevent 1 緑： subevent 2青： subevent 3 黄： subevent 4 桃： subevent 5