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(a) (b)

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Photo- detector

図1: (a) ARICHの原理。点線の矢印は荷電粒子。屈折 率が異なる2層のエアロゲルを輻射体に用いることによ り，光検出器上でチェレンコフ光のイメージが重なるよ うになっている。(b) ARICH検出器。

Npe を大きくすればよく，例えば，より透明で厚いエア ロゲルを用いればよい。しかし，エアロゲルを厚くすれ ば Npe を大きくできるが，チェレンコフ光が厚み方向 のどの位置で発生したかという不定性が増えてしまい，

∆θ_Cが大きくなって性能悪化の方向に働く。この矛盾を 解決するため，ARICHでは図 1(a)のように，屈折率 の異なる2種類のエアロゲルを用いることにした。これ により光検出器上でチェレンコフ光のイメージが重なる ようになっており，エアロゲルを厚くしても∆θCを悪 化させずに Npe を増加させるようになっている。最終 的に，ARICHでは，屈折率がn= 1.045とn= 1.055 で，それぞれ厚さ2 cmのエアロゲルを用いることした。

図1(b) にARICHの全体図を示す。ARICHは内径 425 mm外径1140 mmのドーナツ型のような形をして おり，Belle IIの前方に位置する。衝突点に近い上流側

（図の左側）にエアロゲルが，下流側に3節で説明する光 検出器HAPDがあり，側面には光検出器のacceptance 外に出て行くチェレンコフ光を反射させるための鏡が設 置されている。エアロゲルは一辺18 cm の正方形のも のを扇型状にウォータージェットで切断したものを248 枚²，光検出器HAPDは7つの同心円状420個が設置 される。ARICHの Belle II検出器内での配置を示すと 図 2のようになる。

3 光検出器 HAPD

ARICHで用いる光検出器は，1光子が検出器可能で，

Belle II内の 1.5 T の磁場中で動作可能でなければな らない。また，前述の構成を仮定すれば，5 mm ほど の位置の解像度が必要となる。これらの条件を満たす検

2前述の通り，屈折率が異なる2枚が対になっているので，エアロ ゲル面で見ると124個に分割されている

図 2: Belle II検出器内のARICH検出器。内側に見え る3つのディスク状のものが，衝突点（図の右側）から，

ARICHのエアロゲル輻射体，光検出器HAPD，前方 エンドキャップカロリーメータ。⃝cRey.Hori 。

出器として，144チャネルの角型のHybrid Avalanche Photo Detector (HAPD) [5]を浜松ホトニクスと共同で 開発した。

図3にHAPDの写真と構造を示す。入射した光は光 電面で変換されてできた光電子が，印可された−8 kV 程度の高電圧（以下，HV）で加速され，管内に設置され た4台のAvalanche PhotoDiode (APD)に打ち込まれ る。4台のAPDには，それぞれ独立に350 Vの逆バイ アス電圧（以下，バイアス電圧）が印可され，光電子の 打ち込みで生成された1800程度の電荷がさらに雪崩増 幅を起こす。この打ち込みによる増幅と，APD内のア バランシェ増幅の2段階の増幅機構で，合計70000程度 のゲインが得られる。表 1に HAPDの仕様を載せる。

なお，Belle IIは Belleに比べて大きな放射線の影響が 予想されており，実験期間とされる10年間に1 MeV換 算で 10¹² cm⁻² の中性子を浴びると予想される³ため，

APDの構造の改良などにより要求される耐放射線性を 備えたHAPDを開発した。

(a) (b)

図3: (a) 144チャネル角型HAPD。(b) HAPDの原理。

HAPDは，光電子の打ち込みによる増幅という機構 からゲイン揺らぎが少ないという利点がある一方，ゲ イン自体は光電子増倍管よりも低いため，低ノイズ高 ゲインの読み出しエレクトロニクスが必要になる。後述

3このためMPPC (SiPM)は光検出器として採用できなかった。

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0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5

theta [rad]

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

photons / track

DATA (exp 7) MC

ਤ 12: Phase 3ͰͷνΣϨϯίϑ֯෼෍ɻॎ࣠͸arbi- traryɻ

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ਤ13: D^∗+→D⁰π⁺_slow, D⁰→K⁻π⁺Λ༻͍ͨARICH ͷཻࢠࣝผੑೳɻ

8 ͓ΘΓʹ

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Phase 3Ͱ͸༧૝Ҏ্ʹ͏·͘ಈ࡞͍ͯ͠Δɻ͔͠͠ɼ

Belle IIͷ໨ඪͱ͢ΔϧϛϊγςΟ͸8×10³⁵cm⁻²s⁻¹ɼ

஝ੵ͢Δσʔλྔ͸50 ab⁻¹Ͱ͋Δ͔Βɼ·ͩ΄Μͷୈ

ҰาΛ౿Έͩͨ͠ͱ͜ΖͰ͋ΔɻࠓޙɼΑΓߴ͍όοΫ άϥ΢ϯυͱߴ͍ϧϛϊγςΟͷ΋ͱͰɼτϦΨʔϨʔ τ΍σʔλͷόϯυ෯͕૿͑ͨঢ়گͰ΋ɼ҆ఆͯ͠ಈ࡞

ͤ͞ΔΑ͏ʹɼ౒ྗ͍ͨ͠ɻ

ࢀߟจݙ

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