초록 ▼

최근 건설된 포항 선형 가속기에서는 2GeV의 에너지까지 가속된전자 빔을 사용하여 힉스 또는 액시온 등의 입자(X입자)를 탐색할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 입자를 실험적으로 탐색하기 전에 앞서 탐색 가능한 입자들의 존재 영역을Simulation 방법으로 알아보는 한편, 실험상황을 정확히 흉내낼 수 있는 Monte Carlo EventGenerator를 개발하였다.이 X입자들은 덤프 안에서 제동복사 과정을 통해서 생성가능하다고 가정하고 관련이론들을 이용하여 충돌단면적과 붕괴비 등을 계산하였다. 그리고, 이 입

최근 건설된 포항 선형 가속기에서는 2GeV의 에너지까지 가속된전자 빔을 사용하여 힉스 또는 액시온 등의 입자(X입자)를 탐색할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 입자를 실험적으로 탐색하기 전에 앞서 탐색 가능한 입자들의 존재 영역을Simulation 방법으로 알아보는 한편, 실험상황을 정확히 흉내낼 수 있는 Monte Carlo EventGenerator를 개발하였다.이 X입자들은 덤프 안에서 제동복사 과정을 통해서 생성가능하다고 가정하고 관련이론들을 이용하여 충돌단면적과 붕괴비 등을 계산하였다. 그리고, 이 입자의 수명과 질량이주어졌을 때, 설치 가능한 실험장치의 붕괴 영역내에서 입자가 전자와 양전자 쌍으로 붕괴하는 Simulation 프로그램을 작성하였다. 이 때, 빔 에너지를 2GeV, 전자의 개수 1x1017개, 텅스텐 덤프의 길이를 50㎝, 검출기까지의 실험 전체의 길이를 300㎝로 택하였다. 그결과 X입자의 탐색영역은 포항 실험으로써 기존의 실험들에서보다 많이 향상된다는 것을알 수 있다. 이는 빔의 전자 개수와 빔 에너지가 증가하고 덤프의 크기가 줄어들었기 때문이다. 축소된 덤프에서 발생하는 배경(Background)의 양은 실험에 영향을 주지 않을 정도로 매우 작다는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 보다 완벽한 Simulation을 위하여 덤프 안에서 빔 전자가 다중산란(Multiple scattering)에 의해 입사된 빔축에서 벗어나는 각도까지 고려해 주었다. 다중쿨롱산란으로 인해 덤프 내에서 first generation 전자의 산란각이 넓게 퍼져 있다는 것을 확인하였다. 그러나 대부분의 전자는 0.5˚ 이내의 산란각 안에존재하므로 다중산란에 의한 효율의 손실은 무시할 수 있음을 확인하였다.본 연구의 결과 포항 선형 가속기를 이용한 약한상호작용 입자의 탐색 영역이 정확히정해졌으며, 빔 덤프를 기술하는 Monte Carlo Simulation 프로그램과 Visualization이 제작되었다. 이 프로그램들은 향후 전자 빔 덤프를 이용한 실험의 준비와 해석에 유용할 것으로 기대된다.

Abstract ▼

We have studied the region in which the weakly interactingparticle X such as the Higgs particle or the axion can be searched for by a beam dumpexperiment using the electron beam of the Pohang Linear Accelerator. The MonteCarlo simulation technique has been used, and an event generator pro

We have studied the region in which the weakly interactingparticle X such as the Higgs particle or the axion can be searched for by a beam dumpexperiment using the electron beam of the Pohang Linear Accelerator. The MonteCarlo simulation technique has been used, and an event generator program has beendeveloped for that purpose.It was assumed that the X particle can be produced through thebremsstrahlung-like process from the electrons dumped to the tungsten, and weestimated the production cross section and the decay rate. The energy of the beamhas been chosen to be 2GeV, and the number of electrons, the length of the tungstendump, the distance from the dump to the detector have been set to 1x1017, 50㎝, and300㎝, respectively. It is expected that the search range of the X particle is enlargedwith respect to the previously searched area due to the increased number of electronsand the decreased length of the dump.We have checked that the background level is so low that it might not affect thesearch. Also, to simulate the experiment more realistically, we considered the effect ofthe multiple scattering of the electrons by the tungsten atoms. The result shows thatthe scattering angle of the incident beam is within 0.5 degree, and the loss of theacceptance is negligibly small.From this work, the explorable region of the weakly interacting particles has beenestimated accurately, and the Monte Carlo simulation program as well as thevisualization program have been made. We expect that these results will be useful forthe preparation and the analysis of a beam dump experiment.

목차 Contents

• 목차...6
• 1. 서론...7
• 2. 연구방법 및 이론...8
• 3. 다중 쿨롱 산란...18
• 4. 결과 및 고찰...22
• 5. 결론...29
• 6. 인용문헌...30