Transcript チャーム測定＠J-PARC

チャーム測定＠J-PARC
「J-PARCハドロン物理の将来を考える」
研究会＠理研
２００８年９月１日
後藤雄二（理研）
トークの内容
• オープンチャーム生成（D中間子）
– （チャーモニウム生成）
•
•
•
•
チャーム生成断面積測定
スピン非対称度測定
J-PARC実験
Thanks to
– Marco Stratmann
– 竹谷さん（理研）
– for
• 「J-PARCでのスピン/ハドロン物理の展開」研究会＠理研（４月７日、
８日）でのスライド
• http://rarfaxp.riken.jp/~ygoto/jparc-riken0804/
September 1, 2008
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オープンチャーム生成
• 生成過程
• 大きいxBjの領域
• perturbative QCD で理解できるか？
– J. Riedl, A. Schäfer, M. Stratmann, EPJ C52, 987 (2007).
– RHIC実験では、生成断面積がpQCDで説明できるかを示
し、それをスピン非対称度に対しpQCDを用いて解釈する
論拠としている
– J-PARCでも同様の方法論を用いることができるか？
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大きいxBjの領域
September 1, 2008
Slide by
Marco Stratmann
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生成過程
September 1, 2008
Slide by
Marco Stratmann
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生成断面積測定
September 1, 2008
Slide by
Marco Stratmann
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生成断面積測定
September 1, 2008
Slide by
Marco Stratmann
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生成断面積測定
September 1, 2008
Slide by
Marco Stratmann
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pQCDで理解できるか？
• Threshold resummation 補正が必要
• Drell-Yan@J-PARC の場合
– by 横谷さん（新潟大/CERN)
– 50 GeV (s = 10 GeV)では収束する
– 30 GeV (s = 7.7 GeV)では収束が悪い
• Charm@J-PARCの場合
– 計算中…
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pQCDで理解できるか？
（Drell-Yanの場合）
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Slide by
横谷さん
（新潟大/CERN）
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pQCDで理解できるか？
（Drell-Yanの場合）
September 1, 2008
Slide by
横谷さん
（新潟大/CERN）
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Intrinsic charm
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Slide by
Marco Stratmann
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Intrinsic charm
September 1, 2008
Slide by
Marco Stratmann
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スピン非対称度測定
• ALL測定
– double helicity asymmetry
– 陽子スピンに対するクォークスピン、グルーオンスピンの
寄与
• AN測定
– single transverse-spin asymmetry
– Sivers関数の測定
• 陽子スピンに対する軌道角運動量の寄与
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ALL測定
• 偏極ハドロン衝突実験
– double helicity asymmetry
d    d  
ALL 
d    d  
– leading-order グルーオン測定
• 光子の直接生成
• 重いフレーバー生成
proton beam
proton beam
 or 
 or 
gluon
gluon
photon
gluon
 or 
 or 
proton beam
proton beam
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heavy flavor
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オープンチャームALL測定
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Slide by
Marco Stratmann
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AN測定
• SSA (Single Spin Asymmetry)、左右非対称度
AN 
d Left  d Right
d Left  d Right
• 前方 xF > 0.2
– Fermilab-E704
•
•
•
•
固定標的実験
s = 19.4 GeV
非対称度 ~20%
多くのQCDに基づく理論の開発
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分布関数と破砕関数
• Transversity分布関数
q( x)  h1T ( x)
– 横方向に偏極した陽子内部におけるパートンの横方向ス
ピンの分布
• Sivers分布関数

1T
2
T
f ( x, p )
– 陽子の横方向スピンと、陽子内部の非偏極パートンの横
方向運動量(pT2)との相関
• Collins破砕関数

1
2
T
H ( z, k )
– 破砕するパートンの横方向スピンと、生成されたハドロン
のパートンに対する横方向運動量(kT2)との相関
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オープンチャームAN測定
J-PARC: Elab = 50 GeV
• SSA measurement of open
charm production
– no single-spin transfer to the
final state
– sensitive to initial state effect:
Sivers effect
– collider energies: gluon-fusion
dominant
• sensitive to gluon Sivers
effect
– fixed-target energies: quarkpair annihilation dominant
• sinsitive to quark Sivers
effect
RHIC: s = 200 GeV
M. Anselmino, U. D’Alesio, F. Murgia, et al.
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What we are making for RHIC PHENIX
Identifying charm and
bottom in such high
multiplicity
environments.
dN/dη ~ 700
for heavy ion collision
RIKEN Si Group 1+ 4 Posdoc+ 3 grad.
Rikkyo, KEK, Tokyo Inst. Tech,
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Identifying heavy flavor
Charm ~ 100mm
Bottom
~ 300mｍ
Si sesnor
Charmed or bottomed meson/baryon
Pol-Proton
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Pol Proton
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Full detector shape
•
Inner 2 barrel will be equipped
with silicon Pixel detector
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Pixel Detector
Prototype of pixel ladder was assembled.
250
mm
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Barrel Outer Two Strip Layers
•
•
•
•
•
Single sided, two dimensional
read-out Z. Li (BNL Inst. Division)
Ionization collected by two
“serpentines”
Each serpentine => strip
Readout chip SVX4
Current R&D
– S/N
– Board containing SVX4
Stripixel sensor
CDF SVX4 hybrid
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オープンチャーム生成
– cross section
• PYTHIA (6.228) study with PHENIX tune (<kT> = 1.5 GeV/c, Mc = 1.25 GeV/c2,
K-factor = 3.5, Q2 = s)
Wohri and Lourenco
1 10
0.1
15
consistent at fixed-target
region, too
1 10
0.1
15
smaller yield (same result
as Laurenco’s study)
• J-PARC: 3-4 order smaller cross section than that at RHIC
– can be compensated by higher intensity/luminosity at J-PARC…
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オープンチャーム生成
– silicon detectors to identify second decay vertex
– yield study
•
•
•
•
•
pT
109 proton/sec beam
10% target
2×1033 cm-2sec-1
× 1 week = 103 pb-1
acceptance 0.05 – 0.3 to cover forward/mid-rapidity/backward
D0 yield
pT > 1.5 GeV/c
5.5×106 D0
for 103 pb-1
1.5 GeV/c
-1
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xF
1
-1
xF
1
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J-PARC dimuon実験
•
•
•
•
•
800-GeVビームでのFermilab実験のスペクトロメータがベース
長さを短く、apertureはできるだけ広く保つ
2台のbending-magnet、pT キック2.5-GeV/cと0.5-GeV/c
3-stationのMWPCとドリフトチェンバーによるtracking
ミューオンＩＤとtracking
tapered copper beam dump
and Cu/C absorbers placed
within the first magnet
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オープンチャーム生成
– 10^5 open charm events are generated.
– 17k events have more than one muon.
– Trigger: P>2GeV, Angle < 6.5 deg.
Analysis： #track from primary vertex>=2
– 152 events are fully reconstructed with Si VTX coverage. (45deg)
– 1 week of run, 91k open charm events fully reconstructed.
– Si (identifying Charmed Meson) + Muon (Trigger ) may work.
– But need to have detailed study.
•
•
•
•
•
•
•
Target + Si detector to identify displace vertex
Radiation damage
Momentum reconstruction
Combination of Pixel and strip
Cost estimate
Pile up
Etc
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まとめ
• オープンチャーム生成断面積測定
– 大きいxBj領域におけるクォーク、グルーオン分布
– J-PARCエネルギー領域でのthreshold resummation補正の
必要性
– Intrinsic charm?
• xBj > 0.1の領域での１％レベルでの存在可能性
• スピン非対称度測定
– ALL測定
• グルーオンスピンの寄与？
– AN測定
• 軌道角運動量の寄与？
• J-PARC実験
– まだstudyが必要であるが、今のところシリコン検出器＋ミ
ューオントリガーという構成でfeasibleである
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Backup Slides…
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チャーモニウム生成
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Slide by
Marco Stratmann
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オープンチャームALL測定
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Slide by
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