RADiCAL: 放射線耐性検出器の新時代

高性能の検出器は、今後の粒子物理学の実験にとってめっちゃ重要だよ。主な課題の一つは、放射線が多い環境でもちゃんと動く機器を開発すること。RADiCALっていう新しいタイプの検出器がこの課題に取り組むために作られたんだ。この記事では、RADiCAL検出器の設計、セッティング、そして初期のテスト結果について話すよ。

#背景

粒子物理学の実験、特に高エネルギーの衝突型加速器での実験では、検出器がとても強い粒子ビームを扱わなきゃならない。RADiCALは、放射線に耐えながらエネルギーや時間の精密な測定を提供できるように設計されてる。目指すのは50ピコ秒未満のタイミング解像度で、正確なエネルギー測定をすること。

#RADiCALの設計

RADiCAL検出器は「シャシュリック」カロリメーターっていう特定のデザインを使ってる。これっていうのは、異なる材料の層が粒子を検出するために一緒に働くってこと。デザインには以下のものが含まれてる：

• 材料の層：RADiCALはタングステンとLYSO結晶の層で構成されてる。タングステンは密度が高くて粒子を止めるのに効果的で、LYSOは粒子が通過すると光を生み出す結晶なんだ。
• クオーツキャピラリー：クオーツでできた細い管があって、検出器から出た光を管理するための物質が入ってる。このキャピラリーは光をセンサーに送るのに重要なんだ。
• 放射線耐性材料：性能を落とさずに放射線に耐えられる特別な材料が選ばれてる。

#テストセッティング

RADiCAL検出器は2022年6月にフェルミラボのテストビーム施設でテストされた。テストのためにRADiCALのモジュールが一つ用意された。テストセッティングは以下の通り：

• 積み重ねたタイル：検出器モジュールはタングステンとLYSOのタイルを積み重ねて、特別な材料のシート（タイベックっていう）で分けて作られた。この積み重ねは粒子が通り抜けやすくするために重要だよ。
• レーザーカットシート：タイルを分けるためにシートが使われた。これで全てが整理されて、材料が正しい位置にあることが確保される。
• キャピラリーの挿入：光を集めてセンサーに送るためにクオーツキャピラリーがモジュールに挿入された。

#テスト結果

テストではRADiCAL検出器が粒子のエネルギーとタイミングをどれくらい正確に識別できるかが測定された。2022年6月の実験からの重要な発見は以下の通り：

• タイミング解像度：RADiCALは約50ピコ秒のタイム解像度を達成した。これで粒子が検出器を通過するタイミングをすごく正確に測れるってこと。
• 粒子の相互作用：粒子がRADiCALに入ると、LYSOタイルと相互作用して光を生み出す。この光はキャピラリーによって管理されて、センサーによって検出される。
• 信号の収集：テストでは二種類のキャピラリーが使われた。エネルギーキャピラリーは粒子からの光を集めて、タイミングキャピラリーは光が生成された時を測定するのに役立ってた。

#データ取得

テストからデータを集めるために、二つのデスクトップデジタイザーが使われた。これらのデバイスはRADiCALと実験に使われた別の検出器からの信号をキャプチャした。粒子がシステムを通過するとデータ収集がトリガーされる。キャッチしたデータはRADiCALの性能を理解するために分析された。

#エネルギー測定

テストでは、入ってくる粒子のエネルギーとRADiCALで測定された信号の間に明確な関係があることが示された。この関係を使うことで、研究者はそれぞれの粒子が持つエネルギーを信号に基づいて判断できるんだ。

#今後の計画

初期テストからのいい結果を受けて、さらなる実験を行う計画がある。今後のテストでは、RADiCALが異なるタイプの粒子や様々なエネルギー範囲でどう動くかを探ることを目指してる。これでデザインを洗練させて、さらに性能を向上させることができる。

#結論

RADiCAL検出器は、粒子物理学実験のための放射線耐性検出器の設計において大きな前進を示してる。その革新的なデザインと成功したテスト結果は、高エネルギー衝突型加速器が持ち込む課題に対応できるポテンシャルを示してる。研究が続き、もっとテストが行われる中で、RADiCALは宇宙の理解を深めるのに重要な役割を果たすかもしれない。