Transcript 伊藤好孝, 「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
伊藤好孝
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「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
宇宙線と原子核ハドロンの狭間
～ニュートリノ、そして超前方散乱～ 伊藤好孝 （名古屋大学太陽地球環境研究所） 研究会「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」 平成２２年５月２２日（土）京都テルサ 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」
@ 22 May 2010,
京都テルサ
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「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」
宇宙線と原子核・ハドロン
「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」
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「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 小田稔「宇宙線」 1960 年第１版、 1972 年改訂 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」
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“ 超高エネルギー“現象
• 「宇宙線研究の歴史を振り返ってみると、い つもその時点で人工加速器によりは高いエネ ルギー領域に、実験室で得られるのとは異質 の“もっと”基本的と考えられる素粒子の性質 が求められてきた。（中略）一方、 10 9 ~10 なったのである。」 （小田稔 「宇宙線」） 10 eV 以上の宇宙線と物質の相互作用に見られた 中間子の多重発生が核子の基本的な性質に 関係の現象として捉えられ、超高エネルギー 現象と呼ばれて宇宙線研究の大きな流れに 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」
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Energy spectrum of UHE cosmic rays
LHC 7+7TeV 10 14 eV
GZK cut off
p
E = 10 20 eV
KNEE 2ndKNEE??
ANKLE GZK γ 10 16 eV
π ＋ μ ＋
n
ν
10 18 eV
e ＋ γ
10 20 eV p
E 0.8 x 10 20 eV
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Model uncertainty in hadron interactions at UHE Shower max height Sensitive to composition Floresense detectors
Air shower observation Air Florescence telescope (FD) EM component (most of energy) Scintillation lights Shower directions Shower max height Surface Detectors (SD) Number of particles Arrival timing Muon or EM component ( at given altitude) 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」
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「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 • ハドロン物理から宇宙線・宇宙物理へのインパクト 最高エネルギー宇宙線 – 陽子 – ＧＺＫでカットオフ – 重原子核 – 加速限界 or photo disintegration でカットオフ • 到来方向（銀河磁場に対して 直進するなら >10 19 eV 陽子） 「陽子と思えるんだが、 鉄っぽいデータはどうしたものか … 」 粒子数 スペクトル 断面積 etc.
「大気蛍光と地表検出器でエネルギーも合ってない」 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」
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Energy scale issue; GZK cut off feature in AGASA, HiRes and AUGER
（
2007 summer
）
Energy scaling by +-25% HiRes AGASA AUGER
c.f. Energy scale was determined by fluorescence detector
J. Bluemer @ICRR, Mar. 2008
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Shower max height Sensitive to composition
① Inelastic cross section If large s rapid development If small s deep penetrating ② Forward energy spectrum (or Inelasticity k ) If large k rapid development If small k deep penetrating Need both ① and ② LHC ｆ is dedicated to ② ① will be give by Roman Pod at LHC 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」
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The LHCf experiment
Compact calorimeter
96mm
140m ATLAS
140m
96mm LHCf IP1
140m 衝突点
TAN absorber TAN
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LHCf: location and detector layout
Detector I Tungsten Scintillator Scintillating fibers INTERACTION POINT IP1 (ATLAS) Detector II Tungsten Scintillator Silicon
m
strips
140 m 140 m
Beam line
44X 0 , 1.6 l int
Arm#1 Detector 20mmx20mm+40mmx40mm 4 SciFi tracking layers Arm#2 Detector 25mmx25mm+32mmx32mm 4 Silicon strip tracking layers
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「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 The p 0 peak at 7TeV
Silicon layer
s :6.7MeV
Arm1 Silicon layer Scintillator layers Arm2 event display Arm1 7TeV
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「宇宙線と原子核ハドロンの狭間」 “Very” preliminary spectra from 900GeV runs in 2009
Normalized by gamma-like entry MC(QGSJET2) Data Sys.+Sta.
• Reasonable agreement with MC • Conservative systematic error for energy scale +10% -4% assigned • Checking detector response for hadron showers by SPS 350,150GeV p data
Adding May 900GeV runs, 100K showers now (Dec09 x15) !
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Very forward – connection to low-x physics
Low-x high-x Very forward
陽子 陽子 Ｐ Ｐ 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」
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まとめ
• • • • 宇宙線はなにか新しい物理のヒントをくれるこ とがある。 宇宙線の研究には原子核ハドロンの正確な 知識が不可欠。特に超前方 ＬＨＣで超前方測定を行うＬＨＣｆ実験を行って いる。データ取得はもうすぐ完了 この超前方データがハドロン物理にもどのよ うなインパクトがあるのか考えて行きたい 「原子核・ハドロン物理学の現在、そして未来」
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The LHCf Collaboration Y.Itow, K.Kawade, T.Mase, K.Masuda, Y.Matsubara, G.Mitsuka, T.Sako, K.Taki
Solar-Terrestrial Environment Laboratory, Nagoya University, Japan
K.Yoshida
Shibaura Institute of Technology, Japan
K.Kasahara, M.Nakai, S.Torii
Waseda University, Japan
T.Tamura
Kanagawa University, Japan
Y.Muraki
Konan University, Japan
Y.Shimizu
ICRR, University of Tokyo,Japan
M.Haguenauer
Ecole Polytechnique, France
W.C.Turner
LBNL, Berkeley, USA
O.Adriani, L.Bonechi, M.Bongi, R.D’Alessandro, M.Grandi, H.Menjo, P.Papini, S.Ricciarini, G.Castellini, A. Viciani
INFN, Univ. di Firenze, Italy
A.Tricomi
INFN, Univ. di Catania, Italy
J.Velasco, A.Faus
IFIC, Centro Mixto CSIC-UVEG, Spain
D.Macina, A-L.Perrot
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LHCf calorimeters
Arm#1 Detector Arm#2 Detector
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